[發明專利]結合靜態結構利用計算機繪制動態3D植物的方法

無效

• 申請號: 201210593039.X
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103021012A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 康孟珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所;東莞中國科學院云計算產業技術創新與育成中心
• 主分類號: G06T13/60
• 分類號: G06T13/60
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于虛擬現實及計算機繪圖技術領域，特別涉及利用計算機繪制動態3D植物的方法。本發明可應用于數字農林業、數字娛樂、景觀設計。

背景技術

虛擬植物是三維(3D)場景中的重要內容，在計算機游戲、電影特效制作、景觀設計等領域中被普遍用到。隨著計算機軟硬件技術的發展，進行復雜虛擬植物場景的高真實感快速繪制已經成為可能。相比之下，應用于上述場合的虛擬植物的3D形態基本還來源于交互式的手工設計以及計算機模擬。計算機模擬產生的虛擬植物能夠產生復雜的精細結構，但形態一般比較規則。

然而，現實世界中的植物結構姿態豐富，一般來說，除了一兩年生的植物的頂部枝條以外，諸如成年樹木等的結構，由于剪枝、枝條脫落等過程，很難通過觀察來實現樹木從幼樹到成年樹的動態模擬。因此，難以對實際樹木進行從小樹到成年樹的動態模擬。

近年來，基于三維激光掃描獲得樹木的點云數據，再由點云重建樹木結構的研究呈上升趨勢，可以獲得實際樹木形態，初步估計樹木主干的直徑，以及推算樹冠內部枝條的連接關系。這類研究被應用于城市景觀構建，以及森林的材積評估。其優勢是對于剪枝、枝條脫落等而導致的樹木不規則形態，可通過重建直接得到，不需要對過程建模。

然而，基于三維激光掃描儀得到的是靜態的植物結構，不能模擬植物的動態生長，不能滿足根據掃描結果對未來進行預測的需求。其他獲得樹木靜態結構的方法還有利用多幅圖像進行重建的方法，利用深度圖的骨架提取方法，以及純粹的手工交互設計。其優缺點亦同上。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種利用計算機繪制動態3D植物的方法，以解決對于虛擬植物的靜態結構和動態模擬不能很好地結合的問題，為3D虛擬植物的形態設計、生長預測等提供一種新的途徑。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提出一種利用計算機繪制動態3D植物的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、建立3D植物的靜態結構；

S2、對所述3D植物的靜態結構進行幾何信息和拓撲信息的定量描述；

S3、在所述植物上確定新枝條生長點，以及每個生長點的幾何和拓撲生長參數；

S4、在所述3D植物的靜態結構的生長點上，根據每個生長點的生長參數進行新枝條的動態模擬；

S5、根據上述植物的靜態結構和動態模擬計算結果來繪制所述3D虛擬植物。

根據本發明的一種具體實施方式，在所述步驟S3對所述植物的動態模擬計算的過程中，對所述的3D植物的靜態結構進行更新。

根據本發明的一種具體實施方式，所述步驟S3的更新步驟包括：所述樹木靜態結構中的節間直徑根據該節間上方葉子數目按比例增加。

根據本發明的一種具體實施方式，所述步驟S1中獲得3D植物的靜態結構的步驟可以利用3D激光掃描或交互設計方法建立靜態結構數據后輸入計算機。

根據本發明的一種具體實施方式，所述拓撲信息包括枝條之間的連接關系以及枝條內部不同節間之間的連接關系，幾何信息包括枝條的空間角度和所有節間直徑。

根據本發明的一種具體實施方式，所述步驟S4中的動態模擬指在靜態結構中每個生長點處的新枝條的模擬，每個新枝條相當于一個獨立的植物，采用相同的生長模型，僅模型參數不同。

(三)有益效果

本發明充分利用靜態結構建模，能夠獲得虛擬3D植物形態豐富的主要枝干造型；同時，本發明對植物學規律比較明顯、受外界干擾小的植物枝條進行動態模擬，可以較快地獲得豐富的植物細節，而且可以模擬并繪制3D植物形態的動態變化。

附圖說明

圖1是本發明的利用計算機繪制動態3D植物的方法的流程圖；

圖2是本發明一個實施例所建立的一棵樹的靜態結構圖；

圖3是本發明一個實施例的靜態起始樹木結構的骨架示意圖；

圖4是本發明一個實施例的生長點的交互選取示意圖；

圖5是本發明一個實施例的根據生長點的信息而產生的新的植物骨架示意圖；

圖6是本發明一個實施例的基于靜態結構的植物動態繪制圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本發明的利用計算機繪制3D動態植物的方法的流程圖。如圖1所示，本發明的方法包括如下步驟S1～S5：