[發明專利]一種基于粒子群的虛擬植物生長模型參數提取方法

在審

• 申請號: 202010160448.5
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111523187A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 丁維龍;辛衛濤;徐利鋒;趙櫻莉
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/25;G06T17/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于粒子群的虛擬植物生長模型參數提取方法，通過設定虛擬植物生長模型的參數，構建基于植物拓撲結構的描述框架，生成植物的三維結構，比較三維模型與輸入模型之間的相似度，評價參數的質量，采用粒子群優化算法對參數進行不斷改進，得到最優結果，并利用最優參數生成三維模型，實現植物模型的三維重建。本發明的虛擬植物生長模型描述框架可以統一對植物的拓撲結構進行描述，利用基于粒子群的虛擬植物生長模型參數提取方法，可以應用于對指定植物模型進行三維重建，得到不同形態的同類植物。

技術領域

本發明涉及一種基于粒子群的虛擬植物生長模型參數提取方法，該方法適用于根據給定植物生成不同形態的同類植物。

技術背景

植物模型在諸多領域都有廣泛的用途。比如，它可用于三維動畫的制作、電子游戲中虛擬場景的生成、影視特效與廣告創意的制作、輔助城市管理與規劃等。因此，如何對植物模型進行三維重建具有重要的實用價值。

植物是多數自然場景建模中必不可少的環境因素。大規模場景中需要形態各異的樹木。如何根據已有的植物生成多個形態不同的同類植物，已經成為植物建模領域亟需解決的問題。為已知植物逆向推斷其生長模型的工作迎來巨大挑戰。因此，研究虛擬植物生長模型的參數提取方法具有重要意義。

發明內容

為了對植物模型進行三維重建，本發明提出一種基于粒子群的虛擬植物生長模型參數提取方法，設定虛擬植物生長模型的參數，構建基于植物拓撲結構的描述框架，利用計算機圖形學生成植物的三維結構，通過比較三維模型與輸入模型之間的相似度，評價參數的質量，采用粒子群優化算法對參數進行不斷改進，得到最優結果，并利用最優參數生成三維模型，實現植物模型的三維重建。

本發明為了解決上述技術問題提供的技術方案為：

一種基于粒子群的虛擬植物生長模型參數提取方法，所述方法包括以下步驟：

1)結合植物的拓撲結構，設定了8個通用參數；

2)設置候選解個數，在參數空間均勻初始化每組解；

3)構建基于拓撲結構的單軸和合軸植物的描述框架，利用計算機圖形學生成每組參數對應的植物的三維結構，計算該模型與輸入模型之間的相似度；

4)采用粒子群優化算法對候選參數進行不斷改進，選取改進之后最優的一組參數作為提取結果；

5)對其進行圖形化，完成給定輸入模型的三維重建。

進一步，所述步驟1)中，設定參數的過程為：設定一級側枝的高度系數zr、主軸的節間長度系數xr、一級側枝的節間長度系數yr、擴散角d、一級分枝角alpha、二級分枝角beta、伸長率lr和加寬率vr，參數空間中的解x表示為：

x＝(zr,xr,yr,d,alpha,beta,lr,vr)^T。

再進一步，所述步驟2)包括以下步驟：

(2.1)候選解個數設為n，解的維度為D，單個維度上的最大值為X_max，最小值為X_min，粒子間距為X_step，滿足：

由此得到粒子間距X_step:

(2.2)單個維度上的值x取得的值為：

單個維度上x依次取到以上值可以實現均勻初始化。

更進一步，所述步驟3)包括以下步驟：

(3.1)針對單軸和合軸植物，構建基于拓撲結構的描述框架，使用以上8個參數，控制目標植物的拓撲結構形態；