骨架,是指用與原模型連通性和拓撲結(jié)構(gòu)相一致的細曲線作為理想表達的一種對象表示,保留了原始模型的拓撲結(jié)構(gòu),它能夠清晰簡潔的表示出樹木的枝干結(jié)構(gòu)。樹木骨架模型不僅是樹木三維幾何造型構(gòu)建的基礎,且對模擬剪枝、景觀設計、精準林業(yè)等領域研究具有重要意義。利用三維激光掃描儀對樹木掃描得到點云數(shù)據(jù),以此為數(shù)據(jù)源,經(jīng)過配準、去噪、分割、稀疏、計算骨架點,最終構(gòu)建樹木骨架線。樹木骨架模型廣泛應用于植物建模、林業(yè)測量、測繪圖像學等領域,伴隨著樹木骨架應用范圍的不斷拓展,由于受樹木的高度、不規(guī)則的幾何形態(tài)及樹枝的復雜拓撲結(jié)構(gòu)的限制,樹木骨架提取算法愈加困難,精度難以保證。本文研究樹木的分枝方式,研究每類分枝方式的枝干分布規(guī)律并設計模型化表示方法,利用模型化的表示方法設計骨架線的構(gòu)建算法,使其能夠保留原始樹木模型的拓撲結(jié)構(gòu),并且能夠清晰簡潔的表示出樹木的枝干結(jié)構(gòu)。本文通過對不同分枝方式的樹木進行三維掃描點云數(shù)據(jù)的處理,不僅可以快速構(gòu)建樹木的骨架線結(jié)構(gòu)模型,而且可以利用這一結(jié)構(gòu)模型提取出樹木的形態(tài)特征,實現(xiàn)智慧林業(yè)這一可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本文主要以樹木的點云數(shù)據(jù)為基礎進行點云數(shù)據(jù)預處理研究以及樹木骨架提取算法的研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了構(gòu)建骨架對建模的重要性,并歸納了骨架提取的發(fā)展背景。對激光掃描技術進行了詳細分析,總結(jié)出激光測量技術與傳統(tǒng)測量技術的差異,并把三維激光掃描技術運用到構(gòu)建樹木枝干骨架中。(2)研究樹木的分枝方式,總結(jié)生物學上根據(jù)樹木的生長結(jié)構(gòu)劃分不同的分枝方式,研究每類分枝方式的樹木枝干分布規(guī)律,對樹木枝干點云數(shù)據(jù)進行分析,并把數(shù)據(jù)存儲到相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。(3)從三維激光掃描儀掃描的原理、技術特點出發(fā),探究三維激光掃描儀的核心技術,總結(jié)三維激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)過程中的注意事項,掌握了三維點云數(shù)據(jù)的組織與檢索方法,使用Kd-tree對點云數(shù)據(jù)進行快速最近鄰查找,采用八叉樹模型建立點云拓撲結(jié)構(gòu)。(4)研究點云數(shù)據(jù)的配準原理以及初步配準、精確配準方法。通過隨機采樣、聚類等方法進行點云數(shù)據(jù)的稀疏,研究了點云數(shù)據(jù)的初始去噪算法。利用基于三維點云數(shù)據(jù)的K-means均值聚類算法,能較好的去除大部分樹葉,更加精準計算樹木枝干的骨架點。為了實現(xiàn)更好的去噪效果,合軸分枝與單軸分枝分別用了雙邊濾波算法、拉普拉斯去噪算法并進行去噪效果對比,多次去噪使得去噪后的模型既能保持樹木枝干生長特征,又能減少對模型造成的磨損變形。(5)實現(xiàn)了針對不同分枝方式的樹木枝干骨架提取算法,根據(jù)合軸分枝與單軸分枝的枝干生長特征,采用切片法與縮放法計算樹木的骨架點,從而構(gòu)建樹木骨架線,并對比分析兩種骨架提取方法結(jié)果。
【學位單位】：河北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S712
【部分圖文】：

Chen 等人[12]提出 ICP 算法點到面的形式，算出點的切線的交點，需要搜索的配準點是當前點云的點在交點算點和參考點云表面最小化度量函數(shù)來搜索點，算法的效率度是最高點。Park[13]等人提對此提出了優(yōu)化算法。將點云數(shù)參考點云的表面上，并將得到的投影點重新投影到當前點云樣能夠準確、快速地找到交叉點。實驗結(jié)果表明這種方法對角的配準問題來說是十分有用的。

據(jù)的邊界［xmin，xmax］、［行劃分體素，分辨率的計算 ）（ ）（α為調(diào)節(jié)單個體素邊長的素空間的 L，C，P 方向的= ( ) = ( ) = ( ) 體素空間中得到相應的體素體素空間，每個體素的值

圖 1-3 體素空間平面投影Fig.1-3 voxel spatial projection結(jié)構(gòu)安排述了建立樹木骨架線對樹木三維模型是十性，接著研究樹木的分枝方式，總結(jié)生物分枝方式，研究每類分枝方式的樹木枝干，并把數(shù)據(jù)存儲到相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。然征入手，研究三維激光掃描技術，掌握了在三維激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)過程中的行快速最近鄰查找，采用八叉樹模型進行建理和初步配準、精確配準方法。通過重采縮，研究了點云數(shù)據(jù)的初始去噪算法，通好的去除不需要的樹葉，這樣提取樹木枝更好的去噪效果，合軸分枝與單軸分枝分
【參考文獻】

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本文編號：2855250