大豆叶片虚拟建模算法研究

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4、23Classifiedcode：Graduatenumber：XS138055Confidentialdegree：PublicHeilongjiangBayiAgriculturalUniversityMasterDissertationTheResearchofSoybeanLeafVirtualModelingAlgorithmPostgraduate：PeiWentongSupervisor：ProfessorZhuJingfuAgriculturalElectrificationandMajor：AutomationResearchAgricultura

5、lInformationIntelligentdirection：DecisionTechnologyCollege：CollegeofInformationTechnologyDaqingChina06,2016摘要虚拟植物仿真技术与计算机技术的结合有利于预测农作物的产量、获寻农作物生长规律，同时对作物生长与土壤等环境影响的研究具有很重要的价值。植物形态的模拟是虚拟植物中的一个主要部分。而叶作为植物最主要的组成部分，具有吸收氧气、光能，运输养分等重要作用。本文以大豆叶片为研究对象，对其进行仿真建模。首先对它的轮廓、叶脉进行单独模拟，并组合成一片完整的叶片，进而对整

6、片叶子进行三维模拟。本文在黑龙江八一农垦大学校园北侧实验田采集叶片图像，对此图像进行特征提取、检测、建立整体模型，为日后观测大豆叶片以及大豆整体植株生长状态的监测提供基础依据。(1)叶轮廓的建模在对大豆叶片轮廓提取之前需要经过一系列必要的预处理，目的是消除图像中无关紧要的信息，主要包括灰度化、去噪、阈值分割、边缘检测等方法。在此基础上，通过非均匀B样条曲线结合上一步骤叶片轮廓图像提取出的角点(特征点)构建叶片轮廓，实验表明通过该方法构建的轮廓效果好、且所需时间较短，更容易实现。(2)叶脉模拟选择L-system实现大豆叶脉的建立。通过观察实际叶脉的主侧脉之间的角度、

7、形态、走向来模拟叶脉，并且以叶的轮廓为边界，在边界内建立叶脉。(3)模拟叶片弯曲效果由于本文建立的大豆叶片是以叶片图像为基础，所以采用拉普拉斯变换的方法实现叶片的弯曲效果。根据上述轮廓以及叶脉模型选取一些关键点，采用Delaunay三角网划分法、Loop细化算法进行叶面的建立与细化，再利用Laplacian变换算法对叶曲面实现弯曲效果的模拟，最终得到具有弯曲效果的大豆叶片模型。本文的所有试验均在软件Matlab上进行实现，通过试验可以看出用以上方法可以建立出具有真实感的叶片，同时对于实际研究等方面具有可行性和一定的价值。关键词：大豆叶片；非均匀B样条曲线；L系统