基于三維點云數據的花瓣形態及生長過程模擬

淮永建，楊丹琦，蔡東娜

基于三維點云數據的花瓣形態及生長過程模擬

淮永建，楊丹琦，蔡東娜

（北京林業大學信息學院，北京 100083）

目前對于虛擬植物的研究多是通過圖形建模來模擬植物的生長變化，計算復雜且操作不靈活。隨著三維掃描和點云重建技術的發展，為復雜植物形態可視化提供了新的手段。論文基于三維掃描的植物點云數據模型，研究了植物花瓣的形變和生長過程模擬。利用三維掃描儀獲取植物花瓣的生長序列，采用MATLAB根據實測點云數據擬合植物生長函數曲線，最后將傳統花卉生長模擬與點云模型的自由變形相融合，提出了依據實測點云數據通過點云模型變形算法模擬花卉植物動態生長的方法。該方法不僅能夠保留花卉植物復雜的形態特征，而且使形變控制簡單，模擬的花瓣形態及生長真實自然。此外，該方法還與基于物理的模擬方法進行比較，并利用擬合回歸分析、實測花瓣數據與重建數據間誤差對該方法的準確性進行了分析。結果顯示花瓣生長期內決定系數達0.75以上及平均誤差控制在2 mm以內，研究結果為花卉植物的生長形變模擬提供了參考。

三維；變形；模型；虛擬植物；點云；數據擬合；植物形變模擬

0 引 言

數字植物模擬是目前精準農林業信息化技術的研究熱點。虛擬植物[1]具體是指應用計算機圖形學模擬植物在三維空間中的生長、發育等過程，研究成果已被廣泛應用于多個領域，在農林業、計算機動畫、景觀設計及計算機教學等領域都有著廣泛的應用前景，特別是在生長過程研究和自然景觀再現方面具有十分重大的意義。……