基于VTK的植物葉片點云信息處理方法的研究.pdf

1、虛擬植物生長模型對作物產量預測、土地生產力評價、資源環(huán)境分析、作物栽培指導、作物生長機理研究以及調控作物生長發(fā)育及其對環(huán)境的反應研究都有著十分重要的意義。其中，精確的植物三維形態(tài)結構模型可用來研究與植物空間結構相關的性質，是虛擬植物、植物建模相關等研究的一個重要方面。研究植物生長過程中的三維信息的獲取可以獲得作物生長過程中的各參數(shù)的動態(tài)數(shù)據(jù)，一改傳統(tǒng)農業(yè)中難于定量化研究的局面，為精細農業(yè)提供依據(jù)。
　　形態(tài)可視化技術是虛擬植物研究

2、的關鍵技術之一。本文以植物葉片為研究對象，首先介紹了虛擬植物及植物三維可視化的研究現(xiàn)狀，討論了植物葉片三維可視化的可行性及必要性。結合可視化類庫VTK實現(xiàn)了植物點云三維可視化，并進行了點云的坐標變換，顏色映射等操作，真實感強，能很好的對植物葉片三維形態(tài)進行模擬。其后，本文介紹了迭代最近點ICP算法，采用了多視場掃描和拼接方法及迭代最近點ICP算法兩種配準方法結合的配準方式進行配準，效果良好，獲得了良好的實踐效果。另外，本文介紹了Dela

3、unay三角化及其相關實現(xiàn)算法，并利用VTK可視化類庫實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的Delaunay三角化。最后，本文對光線在植物葉片上的照射進行了模擬。
　　本文主要研究內容及結論如下:
　　1)利用結構光掃描儀獲取植物形態(tài)特征的點云圖，從而進一步對植物的生理結構及形態(tài)特征進行分析處理。筆者以植物葉片為研究對象，通過對植物葉片點云處理，獲取包含植物點云坐標及顏色信息的文件，在逆向工程軟件中進行去噪、通過旋轉工作臺對被測物體進行多視場掃描

4、和拼接等操作。從而獲取了符合后續(xù)實驗要求的植物點云。
　　2)自主創(chuàng)新發(fā)明了一種用于檢測植物三維信息獲取系統(tǒng)獲取點云精度的基準體，用該基準體對系統(tǒng)在長度、角度兩個方面的測量精度進行了檢測，檢測結果表明該系統(tǒng)獲取的三維點云數(shù)據(jù)在長度測量方面的精度達到了98％以上，而在角度測量方面的精度也達到了96％以上?？梢钥闯?，通過該系統(tǒng)獲取的三維植物點云數(shù)據(jù)精度高，可以進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。
　　3)采用Microsoft Visual S

5、tudio C++2010集成編程環(huán)境，結合可視化類庫VTK(Visualization Toolkit)，在計算機上實現(xiàn)了植物葉片的三維重建和可視化顯示，對植物點云進行了坐標轉換，顏色映射等操作，使其具有真實感并方便后續(xù)操作。采用了多視場掃描和拼接方法及迭代最近點ICP算法兩種配準方法結合的配準方式進行配準，效果良好，獲得了良好的實踐效果。并對葉片點云進行Delaunay三角網格化，實現(xiàn)了植物葉片三維表面曲面重構，具有較強的真實感，為

6、進一步進行葉片的結構虛擬研究提供一種可行的方法。
　　4)基于上述算法開發(fā)了一個基于植物葉片三維可視化的軟件。利用VTK結合MFC編程在Microsoft Visual Studio C++2010平臺下實現(xiàn)了植物葉片的三維模型重構。此軟件的主要功能包括植物葉片的點云三維顯示、旋轉、縮放、ICP算法配準、Delaunay三角網格化、植物葉片點云在光照下的效果模擬等。結果表明此系統(tǒng)可以在普通PC機上實現(xiàn)植物葉片的無損原位幾何重構，且