冷風(fēng)雪 毛宏健
摘要:園藝植物可視化的研究從數(shù)字化、信息化、科學(xué)化的水準(zhǔn)出發(fā),尤其是在數(shù)字領(lǐng)域,通過對不同植物結(jié)構(gòu)模型的研究,大幅度的提高園藝植物幾何模型的真實感,將數(shù)字植物引入到園藝植物可視化研究的范疇,構(gòu)建園藝植物群體結(jié)構(gòu),為農(nóng)業(yè)場景制作提供技術(shù)手段,為蔬菜栽培、花卉種植管理等提供虛擬平臺軟件工具,更好、更快的推動園藝植物可視化的快速發(fā)展。本文對園藝植物可視化的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探究。
關(guān)鍵詞:園藝植物;可視化技術(shù);應(yīng)用
引言:數(shù)據(jù)可視化借助于計算機(jī)的快速處理能力,并結(jié)合計算機(jī)圖形圖像學(xué)方面的技術(shù),能夠把海量的數(shù)據(jù)以圖形、圖像或者動畫等多種可視化形式更加友好的展現(xiàn)給人們。可視技術(shù)應(yīng)用于園藝植物,在當(dāng)前還處于初步探索階段,屬于新興研究領(lǐng)域,主要分為幾個部分:園林設(shè)計、園林植物疾病管理與控制和園林植物產(chǎn)量預(yù)測等,對我國的園林建設(shè)起到很大的促進(jìn)作用。在文章中,對當(dāng)前我國園藝植物可視化的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,并對其中計算機(jī)及圖像處理等相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討,提出了園藝植物可視化的研究方向。
1園藝植物可視化相關(guān)技術(shù)探討
1.1參數(shù)化建模技術(shù)?
在當(dāng)前園藝可視化技術(shù)應(yīng)用過程中,利用參數(shù)化建模技術(shù),可以利用植物的三維結(jié)構(gòu)形態(tài),采集到不同植物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù),然后運(yùn)用植物學(xué)中的拓?fù)湟?guī)律進(jìn)行相關(guān)的研究,通過這些研究,我們可以了解到各種植物的內(nèi)部器官形態(tài)、大小和基因等方面的信息,然后再依據(jù)這些參數(shù)對我們需要進(jìn)行研究的植物或結(jié)構(gòu)快速建模,并且結(jié)合植物交互式設(shè)計方法,對植物的花朵、葉子、果實等進(jìn)行可視化分析。
1.2園藝植物形態(tài)建模?
園藝植物可視化的另外一個方面主要是幾何形態(tài)的模擬研究,不同植物的形態(tài)都不盡相同并且較為復(fù)雜,以莖部為例,花卉植物與蔬菜植物的品種就有一定的差異,在可視化建模過程中,要重視各個器官的精細(xì)建模與仿真,其中常見的園藝植物形態(tài)建模方法有以下幾種:參數(shù)化建模、基于圖像的三維重建以及基于三維測量數(shù)據(jù)的重建方法等。
1.3基于圖像的三維重建
這種方式一直是計算機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行圖形研究的熱點問題之一,由于這種方式截取的數(shù)據(jù)較為方便,獲得的信息量較廣,在植物幾何建模領(lǐng)域受到廣泛運(yùn)用,其主要的研究對象是依據(jù)單副圖像以及視頻等相關(guān)因素模擬物體,這種技術(shù)的核心部分在于分析物體多視角下的輪廓圖像,通過分析物體的多視角圖像的亮度特征的一致性關(guān)系,恢復(fù)物體的表面,從而得到植物幾何模型基于亮度的模型。
1.4基于測量數(shù)據(jù)的三維重建
在植物幾何建模中,常規(guī)數(shù)據(jù)非常耗時,數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度也達(dá)不到相關(guān)要求,最終生成的模型與實際植物之間的差距也非常大,但隨著三維測量技術(shù)硬件的應(yīng)用,相關(guān)專家已經(jīng)將這種技術(shù)運(yùn)用到植物幾何建模中來,在三維測量數(shù)據(jù)的獲取中,主要運(yùn)用的設(shè)備有數(shù)字化儀以及三維掃描儀,通過運(yùn)用這種儀器能夠獲取植物生長過程中一些動態(tài)信息,并且通過采取一些相關(guān)數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)與信息來建立植株的形態(tài)模型,最終實現(xiàn)植物的可視化。
2當(dāng)前我國園藝植物可視化發(fā)展分析
2.1交互式設(shè)計在園藝植物可視化中的應(yīng)用?
交互式設(shè)計所起到的作用就是,讓設(shè)計出來的產(chǎn)品在用戶使用的時候更加方便、操作簡單。將交互式設(shè)計方法應(yīng)用于園藝植物可視化技術(shù)的實現(xiàn)中,可以使園藝植物模型的建立更加簡單,易于操作,意義重大,也是交互式設(shè)計很好的應(yīng)用,同時也滿足了園藝植物建模對于軟件設(shè)計的需求。在園藝植物管理中,充分利用所采集到的植物各參數(shù),對植物資源進(jìn)行合理配置,提供引導(dǎo)式的操作界面,對植物管理中節(jié)間的數(shù)量、植物的分枝情況進(jìn)行合理的設(shè)定,系統(tǒng)通過這些設(shè)定好的參數(shù)自動模擬植物的初始生長結(jié)構(gòu),同時,操作人員還可以對其進(jìn)行交互式的調(diào)整,幫助操作人員模擬出植物的生長形態(tài)。在對植物建模之后,可以通過花卉圖的建立,運(yùn)用融合算法,得到植物花朵排列模型,達(dá)到對園藝植物進(jìn)行可視化管理的目的。?
2.2三維立體技術(shù)在園藝植物可視化中的應(yīng)用?
三維立體技術(shù)是利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù),通過專業(yè)的三維立體制圖軟件,模擬出立體的圖形,形象的展現(xiàn)在我們的面前。應(yīng)用于園藝植物可視化模擬中,可以增加可視化的真實性,把各種復(fù)雜的植物結(jié)構(gòu)通過立體模型的方式表現(xiàn)出來,這其中包括對植物結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的展示、紋理結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)等。三維立體技術(shù)在園藝植物可視化技術(shù)中,主要從植物的各種圖片中采集到顏色紋理、凹凸紋理和過程紋理等信息,并對圖片進(jìn)行處理,通過三維立體技術(shù)將植物以三維立體的形式表現(xiàn)出來,根據(jù)立體的要求,對其中的缺陷進(jìn)行修復(fù),將曲面中的所有小四邊形網(wǎng)格對應(yīng)進(jìn)行貼圖,將各種紋理特征真實的表現(xiàn)出來。通過三維立體技術(shù)的應(yīng)用,結(jié)合建模技術(shù)可以真實的將植物的立體形態(tài)形象的展現(xiàn)在我們面前,以利于對園藝植物的管理。
2.3園藝植物可視化的應(yīng)用前景
在現(xiàn)階段,計算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)、圖像處理技術(shù)等都得到很大發(fā)展,并且應(yīng)用也越來越廣泛。由于園藝植物可視化技術(shù)是近年來才逐漸興起的,因此在技術(shù)應(yīng)用方面還普遍存在一些問題,對于當(dāng)前的可視化技術(shù)的研究和人們的期望之間還具有相當(dāng)大差距。比如,我們希望可能通過模型估產(chǎn)技術(shù),實現(xiàn)對溫度、CO2濃度、降水等影響園藝植物生長情況的預(yù)測,但是在實際應(yīng)用中,還滿足不了人們的愿望,當(dāng)前園藝植物模型還只是停留在建模階段,還有待于人們?nèi)ラ_發(fā)、研究,這也是園藝植物可視化技術(shù)發(fā)展的重要方向。
3結(jié)語
園藝植物可視化主要是通過現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)、三維立體技術(shù)等來實現(xiàn)的,目前尚處于初級階段。運(yùn)用可視化技術(shù)對園藝植物進(jìn)行建模,可以將植物形態(tài)真實的展現(xiàn)在我們的面前,實現(xiàn)對植物群體結(jié)構(gòu)、園藝植物的有效管理,為園藝植物栽培、花卉種植提供可視化的管理,更好的推動我國園藝事業(yè)的發(fā)展。