專利名稱：基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息化中的虛擬建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，針對(duì)植物對(duì)象的三維形態(tài)虛擬仿真建模在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、教育、游戲娛樂等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，植物對(duì)象的三維形態(tài)仿真與建模成為一個(gè)廣泛研究的熱點(diǎn)問題。隨著農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)的快速發(fā)展，新興的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也越來越多地 得到應(yīng)用，虛擬農(nóng)業(yè)中首要面臨的問題是農(nóng)林植物的虛擬建模問題，準(zhǔn)確有效的植物對(duì)象虛擬建模方法對(duì)于推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展有著巨大的作用。近年來，面向玉米的虛擬建模研究引起了研究者的較大興趣，關(guān)于玉米葉片、根系幾何造型的研究已取得了較大成果。目前，學(xué)者也開始從簡(jiǎn)單的單株向多株，從小群體到大群體，從靜態(tài)展示到動(dòng)態(tài)模擬方向?qū)ζ溥M(jìn)行研究。然而，由于玉米本身形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)其高度可視化地表達(dá)仍有重重困難。在真實(shí)農(nóng)田環(huán)境中，密集種植的玉米會(huì)出現(xiàn)葉與葉、桿與葉之間的碰觸、交疊等自然現(xiàn)象。與真實(shí)場(chǎng)景相反，在虛擬大場(chǎng)景中，玉米三維植株模型、器官之間往往出現(xiàn)與真實(shí)場(chǎng)景不符的穿透交叉的現(xiàn)象，隨著場(chǎng)景復(fù)雜度升高，這種穿透交叉現(xiàn)象又會(huì)急劇地增長。對(duì)穿透交叉部位進(jìn)行定位是解決穿透交叉問題的重要環(huán)節(jié)，而現(xiàn)有技術(shù)存在對(duì)穿透交叉部位定位精確度低、耗時(shí)長等問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何快速精確的對(duì)植株器官之間的穿透交叉部位進(jìn)行定位。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，包括以下步驟SI :根據(jù)植株器官形態(tài)特點(diǎn)確定植株各器官模型對(duì)應(yīng)的包圍盒類型，其中，枝桿模型選用軸向包圍盒，葉片模型選用非軸向包圍盒，果實(shí)模型選用球體包圍盒，整株模型選用軸向包圍盒；S2 :對(duì)整株模型進(jìn)行空間分割，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域；S3:對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片，逐對(duì)對(duì)葉片對(duì)的葉尖和葉邊緣執(zhí)行面元檢測(cè)，確定葉片交叉狀態(tài)；S4 :對(duì)可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片構(gòu)造非軸向包圍盒層次樹，執(zhí)行相交測(cè)試；S5:對(duì)相交叉的包圍盒內(nèi)的網(wǎng)格執(zhí)行三角測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果是否有交叉判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官是否交叉。網(wǎng)格三角測(cè)試結(jié)果有交叉則判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官交叉，否則判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官未交叉。前述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法中，所述步驟S2進(jìn)一步包括根據(jù)植株生長特點(diǎn)，將整株模型縱向分上部、中部和下部三個(gè)區(qū)域，將中部區(qū)域葉片模型沿側(cè)分害I]，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，剔除未交叉的植株器官，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域的步驟。前述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法中，所述步驟S3進(jìn)一步包括對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片進(jìn)行遍歷查詢，測(cè)試待測(cè)葉片對(duì)的葉尖及葉邊緣面元是否有面元相交以判定葉片對(duì)是否交叉的步驟。若無面元相交，則葉片對(duì)未交叉，若有面元相 交，則該葉片對(duì)處于交叉狀態(tài)。前述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法中，所述步驟S4進(jìn)一步包括選取葉脈中間分割點(diǎn)，保持沿垂直葉脈方向?yàn)榉指蠲?，以非軸向包圍盒自上而下構(gòu)建層次二叉樹，執(zhí)行非軸向包圍盒相交測(cè)試，在層次二叉樹的深度范圍內(nèi)遍歷查詢節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先查詢?nèi)~尖節(jié)點(diǎn)，剔除未交叉節(jié)點(diǎn)對(duì)，將交叉節(jié)點(diǎn)對(duì)保存于交叉序列的步驟。前述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法中，所述步驟S5進(jìn)一步包括對(duì)所述交叉節(jié)點(diǎn)所含三角面元對(duì)執(zhí)行三角測(cè)試，若面元對(duì)交叉，將該面元對(duì)存入交叉序列，確定該測(cè)試對(duì)交叉，若面元對(duì)均無交叉，確定測(cè)試對(duì)處于未交叉狀態(tài)的步驟。(三)有益效果在本發(fā)明所述方法將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和農(nóng)業(yè)信息化相結(jié)合，給出一種基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)植株三維模型中不合理的穿透交叉部位進(jìn)行定位，滿足不同復(fù)雜度虛擬場(chǎng)景的需求，便于對(duì)植株模型進(jìn)行修正和高精度仿真，以提高植株模型的幾何準(zhǔn)確性和真實(shí)感。


圖I為本發(fā)明實(shí)施方式中所述基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施方式中所述植株模型空間分割示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施方式中所述植株葉片層次包圍盒樹分割示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖I所示，本發(fā)明提供了一種基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，包括以下步驟SI :根據(jù)植株器官形態(tài)特點(diǎn)確定植株各器官模型對(duì)應(yīng)的包圍盒類型，其中，枝桿模型選用軸向包圍盒，葉片模型選用非軸向包圍盒，果實(shí)模型選用球體包圍盒，整株模型選用軸向包圍盒；S2 :對(duì)整株模型進(jìn)行空間分割，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域；如圖2所示，本步驟中根據(jù)植株生長特點(diǎn)，將整株模型縱向分上部、中部和下部三個(gè)區(qū)域，將中部區(qū)域葉片模型沿側(cè)分割，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，剔除未交叉的植株器官，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域。S3:對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片，逐對(duì)對(duì)葉片對(duì)的葉尖和葉邊緣執(zhí)行面元檢測(cè)，確定葉片交叉狀態(tài)；本步驟中，對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片進(jìn)行遍歷查詢，測(cè)試待測(cè)葉片對(duì)的葉尖及葉邊緣面元是否有面元相交以判定葉片對(duì)是否交叉的步驟。若無面元相交，則葉片對(duì)未交叉，若有面元相交，則該葉片對(duì)處于交叉狀態(tài)。
S4 :對(duì)可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片構(gòu)造非軸向包圍盒層次樹，執(zhí)行相交測(cè)試；如圖3所示，本步驟中進(jìn)行植株葉片層次包圍盒樹分割， 首先選取葉脈中間分割點(diǎn)，保持沿垂直葉脈方向?yàn)榉指蠲?，以非軸向包圍盒自上而下構(gòu)建層次二叉樹，執(zhí)行非軸向包圍盒相交測(cè)試，在層次二叉樹的深度范圍內(nèi)遍歷查詢節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先查詢?nèi)~尖節(jié)點(diǎn)，剔除未交叉節(jié)點(diǎn)對(duì)，將交叉節(jié)點(diǎn)對(duì)保存于交叉序列。S5:對(duì)相交叉的包圍盒內(nèi)的網(wǎng)格執(zhí)行三角測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果是否有交叉判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官是否交叉。網(wǎng)格三角測(cè)試結(jié)果有交叉則判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官交叉，否則判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官未交叉。本步驟中，對(duì)所述交叉節(jié)點(diǎn)所含三角面元對(duì)執(zhí)行三角測(cè)試，若面元對(duì)交叉，將該面元對(duì)存入交叉序列，確定該測(cè)試對(duì)交叉，若面元對(duì)均無交叉，確定測(cè)試對(duì)處于未交叉狀態(tài)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟 Si:根據(jù)植株器官形態(tài)特點(diǎn)確定植株各器官模型對(duì)應(yīng)的包圍盒類型，其中，枝桿模型選用軸向包圍盒，葉片模型選用非軸向包圍盒，果實(shí)模型選用球體包圍盒，整株模型選用軸向包圍盒； 52:對(duì)整株模型進(jìn)行空間分割，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域； 53:對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片，逐對(duì)對(duì)葉片對(duì)的葉尖和葉邊緣執(zhí)行面元檢測(cè)，確定葉片交叉狀態(tài)； 54:對(duì)可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片構(gòu)造非軸向包圍盒層次樹，執(zhí)行相交測(cè)試； S5:對(duì)相交叉的包圍盒內(nèi)的網(wǎng)格執(zhí)行三角測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果是否有交叉判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官是否交叉。
2.如權(quán)利要求I所述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S2進(jìn)一步包括根據(jù)植株生長特點(diǎn)，將整株模型縱向分上部、中部和下部三個(gè)區(qū)域，將中部區(qū)域葉片模型沿側(cè)分割，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，剔除未交叉的植株器官，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S3進(jìn)一步包括對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片進(jìn)行遍歷查詢，測(cè)試待測(cè)葉片對(duì)的葉尖及葉邊緣面元是否有面元相交以判定葉片對(duì)是否交叉的步驟。
4.如權(quán)利要求I所述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S4進(jìn)一步包括選取葉脈中間分割點(diǎn)，保持沿垂直葉脈方向?yàn)榉指蠲?，以非軸向包圍盒自上而下構(gòu)建層次二叉樹，執(zhí)行非軸向包圍盒相交測(cè)試，在層次二叉樹的深度范圍內(nèi)遍歷查詢節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先查詢?nèi)~尖節(jié)點(diǎn)，剔除未交叉節(jié)點(diǎn)對(duì)，將交叉節(jié)點(diǎn)對(duì)保存于交叉序列的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S5進(jìn)一步包括對(duì)所述交叉節(jié)點(diǎn)所含三角面元對(duì)執(zhí)行三角測(cè)試，若面元對(duì)交叉，將該面元對(duì)存入交叉序列，確定該測(cè)試對(duì)交叉，若面元對(duì)均無交叉，確定測(cè)試對(duì)處于未交叉狀態(tài)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于植株幾何形態(tài)特征的碰撞檢測(cè)方法，包括以下步驟S1根據(jù)植株器官形態(tài)特點(diǎn)確定植株各器官模型對(duì)應(yīng)的軸向或非軸向包圍盒類型；S2對(duì)整株模型進(jìn)行空間分割，構(gòu)造軸向包圍盒進(jìn)行相交測(cè)試，獲得植株器官的可能交叉區(qū)域；S3對(duì)植株器官的可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片，逐對(duì)對(duì)葉片對(duì)的葉尖和葉邊緣執(zhí)行面元檢測(cè)，確定葉片交叉狀態(tài)；S4對(duì)可能交叉區(qū)域內(nèi)的葉片構(gòu)造非軸向包圍盒層次樹，執(zhí)行相交測(cè)試；S5對(duì)相交叉的包圍盒內(nèi)的網(wǎng)格執(zhí)行三角測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果是否有交叉判定網(wǎng)格對(duì)應(yīng)器官是否交叉。本發(fā)明所述方法能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)植株三維模型中不合理的穿透交叉部位進(jìn)行定位，便于對(duì)植株模型進(jìn)行修正和高精度仿真。
文檔編號(hào)G06T17/00GK102682470SQ201210124808
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者秦銓, 肖伯祥, 趙春江, 郭小東, 郭新宇 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心