基于NURBS曲面的棉花器官建模

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1、基于!"#$%曲面的棉花器官建模##&杨娟赵明潘学标#!中国农业大学信息与电气工程学院"北京#888*!#&!中国农业大学资源与环境学院"北京#888*!$M9@A6<(5NA>@6=OPJALD4QLDJ=摘要数字农业将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业%该文介绍了利用,-./0和R;4=K<对虚拟棉花主要器官果枝&铃&主茎叶&果枝叶&花瓣&苞叶等进行建模的方法"得到了逼真的效果%与三维数字化方法相比"省去了大量精确数据的测量和数学表达式的拟合工作%关键词,-./0R;4=K<棉花合轴式文章编号&""!’())&*!!""S$!"*"B*S9"’文献标识码+中图分类号,T!+%

2、&’()*+&,-,./,++,-012*-3$*345,-6"78%;;B9*-2:(*-<=*,>&-2?*-@(4A&*,B&1><<4O4>UV=U>7@AW6>=A=QM<4JW76JA<<4O4>U.4:>L7J4A=QM=I67>=@4=WAQLJ4:WN4J>=J4;W:>U6=QL:W76A<;7>QLJ

3、W6>=A=Q123W4JN=6YL46=W>AO76JL=,-./0A=QR;4=KQ:>U4:WAZ<6:N6=O@>Q4<:>U@A6=J>WW>=>7OA=L:6=OW4JN=6YL4:>UJ>@;LW47O7A;N6J:A74;74:4=W4QA=Q74A<6:W6J74:L7OA=:A74(U7L6WZ7A=JN%Z4<<%JAL<6:<4AU%U7L6WZ7A=JN<4AU%T4WA<%Z7AJWD-:6=O,-./04Q>=)W=44QW>>ZWA6=A=AZL=QA=J4>UAJ

4、JL7AW4QAWAA=QZ>WN476WN74O74::6>=4YLAW6>=Z?J>=W7A:W6WNWN7449Q6@4=:6>=AWW>=!:?@;>Q6A<#引言/9:;<6=4方法虽然比/45647更为灵活!但却不能表示圆%数字农业是用数字化技术!按人类需要的目标!对农业所椭圆%以及其它不能用多项式&;>@6A<:’表示的曲线!因此有必要将/9:;<6=4方法进行推广$BB%$涉及的对象和全过程进行数字化和可视化的表达"设计"控制"管理的农业#数字农业将工业可控生产和计算机辅助设计的思一条由!C#个

5、控制点"8!"#!DDD!"!!#CB个节点矢量!EF$8!想引入农业!把信息技术作为农业生产力的重要要素!参与到$#!DDD!$#G!以及与每个控制点对应的!%#个权&8!&#!DD!&!!定义农业各个环节中并使之成为不可缺少的组成部分$#%$的’次,-./0曲线$#&%(目前国内在单子叶植物小麦$&!!%%玉米$’%(%等的器官以及玉米!#(&$’E!*+!’&$’&+"+群体生长$)%的可视化模拟方面做了较多的工作$对于双子叶植!+E8!*&$’&物棉花的研究!已经建立了成熟的作物生长发育模型$*!+%!但还)E8+!’+缺少可视化方面的研究工作$当所有控制点的权&都取#时!这条,

6、-./0曲线就退化+植物的形态结构可以通过使用三维数字化方法等精确地成了一条/9:;<6=4曲线$#&%#测定数据!然后应用这些数据拟合出适当的数学表达式建立静用非均匀有理/样条&,-./0’可以统一表示初等解析曲态模型$(%!但不适合反映植物形态结构的动态规律$,-./0方线%曲面以及有理与非有理/45647%非有理/样条曲线%曲面#法是自由曲线和曲面描述广为流行的技术!在123系统中得,-./0可以通过控制点和权因子来灵活地改变形状!避免了到广泛的应用$应用,-./0方法可以方便地生成曲线"曲面!使用/45647在控制点!较大的情况下很难控制曲线的形状的与三维数字化方法相比!不需要进

7、行大量精确数据的测量和数问题$#!%#学表达式的拟合工作$!棉花主要器官的建模&非均匀有理/样条!,-./0"的定义及优点我们对棉花主要器官果枝%铃%苞叶%主茎叶%果枝叶%子当曲线形状复杂时!使用/45647方法需要分段构造曲线!叶%花瓣进行了建模#棉花属于锦葵科&HA::?然后再进行拼接"光顺&相邻曲线段之间在连接点处的切矢量;6L@’!是双子叶植物!其种子的胚有两个子叶#主茎圆!分枝有上连续性%曲率的连