【摘要】：虛擬作物是對(duì)作物生長(zhǎng)過程中形態(tài)結(jié)構(gòu)以及影響因子與其相關(guān)關(guān)系進(jìn)行模擬,并且采用計(jì)算機(jī)中的動(dòng)態(tài)展示技術(shù)對(duì)其生長(zhǎng)過程中的變化規(guī)律進(jìn)行可視化表達(dá)。虛擬作物的一個(gè)重要研究方向是作物形態(tài)特征的分析與提取,目前油菜形態(tài)模型模擬包括油菜地上部形態(tài)結(jié)構(gòu)研究與根系形態(tài)結(jié)構(gòu)研究,本文主要利用三維掃描手段獲取油菜的點(diǎn)云數(shù)據(jù),并對(duì)其形態(tài)特征進(jìn)行分析和測(cè)量,通過生長(zhǎng)參數(shù)的提取分析,為油菜栽培管理、株型控制等相關(guān)研究提供依據(jù)。三維激光掃描儀的快速發(fā)展為高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取提供了新的手段,本文利用三維掃描儀獲取油菜植株點(diǎn)云數(shù)據(jù),并建立油菜葉片曲面重構(gòu)模型和油菜葉曲線模型,從兩種模型可以提取油菜生長(zhǎng)參數(shù):葉片面積、葉長(zhǎng)、葉傾角等完成了油菜生長(zhǎng)形態(tài)參數(shù)的無(wú)損化測(cè)量以及生長(zhǎng)過程的動(dòng)態(tài)模擬。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)油菜葉片三維重建,本文采用以下步驟進(jìn)行油菜葉片三維重建。首先對(duì)油菜葉片點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立KD樹并構(gòu)建空間拓?fù)潢P(guān)系,并采用K-近鄰算法和人機(jī)交互的方式對(duì)油菜的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理。其次,對(duì)比分析了基于隨機(jī)采樣算法、基于點(diǎn)間距均勻分布精簡(jiǎn)算法以及基于曲率的精簡(jiǎn)算法三種方法對(duì)葉片點(diǎn)云進(jìn)行簡(jiǎn)化處理結(jié)果,表明基于曲率的點(diǎn)云簡(jiǎn)化算法顯著提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率,可以大量保留油菜葉脈和葉輪廓特征點(diǎn)。最后,本文基于Delaunay三角化算法對(duì)油菜葉片點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化,并提出基于點(diǎn)間距網(wǎng)格優(yōu)化算法對(duì)油菜網(wǎng)格化結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理,去除多余冗余邊。(2)油菜葉片葉曲線擬合研究,本文采用一般二次方程、一般三次方程、Fourier函數(shù)和正弦和函數(shù)四種方程對(duì)油菜葉中脈進(jìn)行擬合研究,通過驗(yàn)證參數(shù)對(duì)比檢驗(yàn),四種曲線模型擬合的判定系數(shù)(~2)都保持在0.9700以上,改進(jìn)Hausdorff距離(LTS-HD)都穩(wěn)定在2.0mm以內(nèi),擬合模型效果優(yōu)度良好�；跀M合函數(shù)運(yùn)用弧長(zhǎng)公式,計(jì)算得到油菜葉片長(zhǎng)度,通過對(duì)葉片模擬值與實(shí)測(cè)值的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),四種函數(shù)對(duì)葉長(zhǎng)都有很好的擬合效果,與實(shí)測(cè)值相差不大,相關(guān)系數(shù)都在0.9以上,對(duì)油菜葉長(zhǎng)的模擬效果很好,其中正弦和函數(shù)擬合效果最好,為精準(zhǔn)測(cè)量油菜葉長(zhǎng)提供了較好的方法。(3)本文基于油菜三維模型和葉曲線模型,提取油菜生長(zhǎng)形態(tài)參數(shù):油菜葉面積、油菜葉片長(zhǎng)度、葉傾角等,分析和比對(duì)不同時(shí)期的油菜生長(zhǎng)參數(shù)變化,完成了油菜生長(zhǎng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)模擬。
【圖文】：

圖 1-1 技術(shù)路線圖Fig.1-1 Technology Roadmap1.5 章節(jié)安排本文一共由六章組成，其具體章節(jié)安排如下：第一章，緒論部分，描述了論文的研究背景和意義、作物生長(zhǎng)模型和形態(tài)模型研究現(xiàn)狀、油菜生長(zhǎng)模型和形態(tài)模型研究現(xiàn)狀、論文的研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排五個(gè)方面。第二章，，研究思路和方法，內(nèi)容包括研究技術(shù)路線圖，試驗(yàn)材料和研究對(duì)象，對(duì)三維激光掃描技術(shù)和油菜試驗(yàn)進(jìn)行介紹。第三章，油菜葉片三維重建技術(shù)研究，介紹了油菜葉片三維重建技術(shù)的關(guān)鍵步驟，包括油菜點(diǎn)云去噪，點(diǎn)云簡(jiǎn)化、Delaunay 三角化以及網(wǎng)格優(yōu)化，具體研究

圖 2-1 機(jī)載三維激光掃描系統(tǒng) 圖 2-2 車載三維激光掃描系統(tǒng)Fig.2-1 Light Detection and Ranger(LiDAR) Fig.2-2 car 3D laser scanning system圖 2-3 地面三維激光掃描儀 圖 2-4 手持式三維激光儀Fig.2-3 Ground 3D laser scanner Fig.2-4 Handheld 3D laser scanner基于三維激光掃描儀的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外一些公司分別研發(fā)了不同的激光掃描系統(tǒng)，表 2-1 為幾種常見的三維激光掃描系統(tǒng)及其參數(shù)介紹。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.9;S565.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2645543