[發明專利]一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法

在審

• 申請號: 202011161024.7
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112328821A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 梁爽;賈金原;朱作騰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F16/532
• 分類號: G06F16/532;G06F16/583;G06F16/951;G06T17/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建樹木模型數據集，并獲取樹木手繪輪廓；

S2：構建樹型空間，并將樹木手繪輪廓的點數據和樹木模型數據集中三維樹木模型的點數據統一映射到樹型空間中；

S3：計算樹木手繪輪廓和樹木模型數據集中三維樹木模型的凸包；

S4：基于掃描算子的網格化編碼進行降維操作；

S5：對樹木手繪輪廓和樹木模型數據集中的三維樹木模型進行相似性計算，完成三維樹木模型的匹配。

2.根據權利要求1所述的一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，所述的樹木模型數據集包括通用數據集和共享數據集，所述的通用數據集為現有圖像數據集，所述的共享數據集由通過網絡爬蟲共享獲取的樹木模型構成，所述的樹木模型數據集中，將所有的三維樹木模型分為喬木、灌木和草本植物三類。

3.根據權利要求1所述的一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，所述的步驟S2具體包括：

S21：通過PCA主成分分析方法分別對樹木手繪輪廓和三維樹木模型進行預處理；

S22：計算樹木手繪輪廓和三維樹木模型相應的骨架表示，找到分支對應，并對分支對應進行顏色編碼；

S23：通過樹圖表示每個植物樹，并用二叉樹對樹圖進行擴充、二值化和參數化；

S24：將各植物樹以點的形式表示，構建樹型空間；

S25：將樹木手繪輪廓的點數據和樹木模型數據集中三維樹木模型的點數據統一映射到樹型空間中。

4.根據權利要求1所述的一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，所述的步驟S3中，計算樹木手繪輪廓的凸包具體包括：

S31：獲取樹木手繪輪廓點數據的坐標點(U,V,W)；

S32：獲取所有坐標點中縱坐標y軸的最小的點y_min，將該點記為Z₀；

S33：將所有坐標點移動至以Z₀為坐標起點的坐標軸上，并將Z₀作為起始點；

S34：計算各坐標點相對于起始點的仰角α，并將計算結果依照從小到大進行順序排序；

S35：在起始點與仰角α最小的坐標點之間作直線M；

S36：比較當前計算的坐標點位于直線M的左邊或右邊，若當前計算的坐標點位于直線M的左邊則進行入棧操作，否則進行出棧操作；

S37：判斷是否到達結束坐標點，若否，則將當前選取的計算坐標點作為起始點，并返回執行步驟S34，否則結束流程，輸出標識凸包結果；

所述的樹木模型數據集中三維樹木模型凸包的計算與樹木手繪輪廓的凸包計算相同。

5.根據權利要求1所述的一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，所述的步驟S4使用神經網絡中的卷積實現運算量的降低。

6.根據權利要求3所述的一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，所述的步驟S5具體包括：

S51：對樹木手繪輪廓和樹木模型數據集中三維樹木模型進行相似性計算，輸出初步匹配的三維樹木模型；

S52：計算樹木手繪輪廓和輸出的初步匹配三維樹木模型測地線距離，并依據距離表現導出排序結果；

S53：按照排序結果依次輸出每個距離對應的三維樹木模型，完成三維模型匹配。

7.根據權利要求6所述的一種基于樹型空間的三維樹木模型匹配方法，其特征在于，所述的相似性計算使用歐式距離進行計算。