果樹重建與虛擬整形修剪關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，虛擬場景的逼真程度越來越高，與此同時(shí)，借助虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)進(jìn)行輔助培訓(xùn)可以不受現(xiàn)實(shí)中多種約束因素的影響，提高培訓(xùn)效率，因此虛擬仿真在各行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，果樹種植因受季節(jié)，天氣，種植周期，種植成本等眾多因素的影響，在一定程度上制約了試驗(yàn)進(jìn)度和人才培養(yǎng)進(jìn)度。因此，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真輔助果樹種植中的部分實(shí)驗(yàn)和人員培訓(xùn)，可以節(jié)省大量的時(shí)間和人力物力消耗，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域一個(gè)

2、研究熱點(diǎn)。
　　本研究以現(xiàn)實(shí)環(huán)境中采集的真實(shí)照片為出發(fā)點(diǎn)，研究平面圖像處理，三維模型重建以及三維空間交互等果樹三維重構(gòu)與虛擬整形修剪過程中的部分關(guān)鍵技術(shù):在平面圖像處理階段研究圖像的壓縮和分割，為樹木模型的三維重建提供有效的數(shù)據(jù)預(yù)處理;在三維模型重建階段研究基于深度圖像的樹形結(jié)構(gòu)自適應(yīng)重建方法，建立果樹三維模型，全面刻畫果樹植株形態(tài)特性、物理特性;在三維空間交互方法部分，研究虛擬整形修剪中的碰撞檢測方法，以建立可支持整形、修剪和大

3、尺度形變等交互式操作的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括整形修剪的模擬訓(xùn)練與評分、方案規(guī)劃和預(yù)演等模塊。
　　從基礎(chǔ)的科學(xué)理論和典型的示范應(yīng)用兩個(gè)層面，開展基礎(chǔ)科學(xué)與關(guān)鍵技術(shù)的研究，本論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下:
　　(1)提出基于雙層次遺傳優(yōu)化的稀疏求解算法(TGMP)。該算法利用樹木圖像的稀疏度和重構(gòu)誤差來設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，通過在不同噪音數(shù)據(jù)上的實(shí)驗(yàn)對比，驗(yàn)證了TGMP算法在稀疏度、重構(gòu)誤差和運(yùn)行時(shí)間方面的優(yōu)勢。
　　(2)提出了一種基于局

4、部判別性稀疏表示(local discriminative sparse representation，LSDR)的超像素表示方法，該方法主要基于超像素在不同字典上的分布特點(diǎn)，解決了在樹類圖像分割中人工交互復(fù)雜且分割效果不佳的問題。
　　(3)提出基于樹木骨架和深度信息相結(jié)合的果樹重建方法。利用深度信息進(jìn)行骨架層次結(jié)構(gòu)提取與對應(yīng)樹枝半徑計(jì)算，并記錄于均勻采樣的骨架結(jié)點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)果樹整體結(jié)構(gòu)的重建。
　　(4)提出動態(tài)相關(guān)性的碰