植物叶片可视化建模研究

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虚拟植物是计算机图形学、植物学以及生物学的交叉学科应用体现,在分析植物种植、植物分类、植物识别等方面都具有重要的作用。植物叶片表面建模方法一直以来都是虚拟植物仿真技术的一个重要研究内容,叶片作为植物器官静态结构中重要的组成部分,以其形态多样的表观特征体现了植物的不同种类,建立植物叶片可视化模型具有一定的挑战性。叶片主要的形态特征就是其轮廓边缘,本文针对植物叶片边缘提取提出了两种方法。(1)首先根据实际的树叶图像提取叶片的长宽比、圆形度等形状信息,确定基础矩形的参数;将变形函数应用在生成的矩形平面上,模拟矩圆形、椭圆形、卵圆形和倒卵圆形四种叶形;(2)为了更准确模拟叶片轮廓,提出了结合Bezier曲线和单线性曲面的生成算法,通过获取叶缘曲线上的点坐标,反算Bezier的控制点,再将曲线方程代入单线性曲面的公式进而生成叶缘。在提取叶形的基础上针对叶缘的锯齿特征进行研究,对于叶片边缘的锯齿,采用了变形的形状模拟方法。根据锯齿类型、锯齿朝向、锯齿密度和高度等;利用正弦函数及其组合对叶片边缘再次变形,模拟圆形、尖形、直形和渐尖形锯齿;然后通过改变锯齿的方向和分布规律,形成不同效果的锯齿;在叶面参数方程上叠加锯齿效果,最后利用圆柱变形获圆曲线轨迹扫描曲面生成叶脉,完成叶片模型。通过与真实图片对比,表明本文方法能够快速、简单地反映不同类型植物叶片及叶缘锯齿的形状,在更大程度上保持植物叶片的自然轮廓特性,降低叶片模型构建的复杂度。为虚拟植物叶片和锯齿研究阐述了新思路,具有一定的现实意义与发展前景。
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