竞技宝JJB官方网站本发明属于虚拟现实及计算机绘图技术领域，特别涉及利用计算机绘制动态3D植物的方法。本发明可应用于数字农林业、数字娱乐、景观设计。
虚拟植物是三维(3D)场景中的重要内容，在计算机游戏、电影特效制作、景观设计等领域中被普遍用到。随着计算机软硬件技术的发展，进行复杂虚拟植物场景的高真实感快速绘制已经成为可能。相比之下，应用于上述场合的虚拟植物的3D形态基本还来源于交互式的手工设计以及计算机模拟。计算机模拟产生的虚拟植物能够产生复杂的精细结构，但形态一般比较规则。然而，现实世界中的植物结构姿态丰富，一般来说，除了一两年生的植物的顶部枝条以外，诸如成年树木等的结构，由于剪枝、竞技宝JJB官方网站枝条脱落等过程，很难通过观察来实现树木从幼树到成年树的动态模拟。因此，难以对实际树木进行从小树到成年树的动态模拟。近年来，基于三维激光扫描获得树木的点云数据，再由点云重建树木结构的研究呈上升趋势，可以获得实际树木形态，初步估计树木主干的直径，以及推算树冠内部枝条的连接关系。这类研究被应用于城市景观构建，以及森林的材积评估。其优势是对于剪枝、枝条脱落等而导致的树木不规则形态，可通过重建直接得到，不需要对过程建模。然而，基于三维激光扫描仪得到的是静态的植物结构，不能模拟植物的动态生长，不能满足根据扫描结果对未来进行预测的需求。其他获得树木静态结构的方法还有利用多幅图像进行重建的方法，利用深度图的骨架提取方法，以及纯粹的手工交互设计。其优缺点亦同上。
(一 )要解决的技术问题本发明提出一种利用计算机绘制动态3D植物的方法，以解决对于虚拟植物的静态结构和动态模拟不能很好地结合的问题，为3D虚拟植物的形态设计、生长预测等提供一种新的途径。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提出一种利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于，包括如下步骤S1、建立3D植物的静态结构；S2、对所述3D植物的静态结构进行几何信息和拓扑信息的定量描述；S3、在所述植物上确定新枝条生长点，以及每个生长点的几何和拓扑生长参数；S4、在所述3D植物的静态结构的生长点上，根据每个生长点的生长参数进行新枝条的动态模拟；S5、根据上述植物的静态结构和动态模拟计算结果来绘制所述3D虚拟植物。
，在所述步骤S3对所述植物的动态模拟计算的过程中，对所述的3D植物的静态结构进行更新。根据本发明的一种具体实施方式
，所述步骤S3的更新步骤包括所述树木静态结构中的节间直径根据该节间上方叶子数目按比例增加。根据本发明的一种具体实施方式
，所述步骤SI中获得3D植物的静态结构的步骤可以利用3D激光扫描或交互设计方法建立静态结构数据后输入计算机。根据本发明的一种具体实施方式
，所述拓扑信息包括枝条之间的连接关系以及枝条内部不同节间之间的连接关系，几何信息包括枝条的空间角度和所有节间直径。根据本发明的一种具体实施方式
，所述步骤S4中的动态模拟指在静态结构中每个生长点处的新枝条的模拟，每个新枝条相当于一个独立的植物，采用相同的生长模型，仅模型参数不同。(三)有益效果本发明充分利用静态结构建模，能够获得虚拟3D植物形态丰富的主要枝干造型；同时，本发明对植物学规律比较明显、受外界干扰小的植物枝条进行动态模拟，可以较快地获得丰富的植物细节，而且可以模拟并绘制3D植物形态的动态变化。
图1是本发明的利用计算机绘制动态3D植物的方法的流程图；图2是本发明一个实施例所建立的一棵树的静态结构图；图3是本发明一个实施例的静态起始树木结构的骨架示意图；图4是本发明一个实施例的生长点的交互选取示意图；图5是本发明一个实施例的根据生长点的信息而产生的新的植物骨架示意图；图6是本发明一个实施例的基于静态结构的植物动态绘制图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明的利用计算机绘制3D动态植物的方法的流程图。如图1所示，本发明的方法包括如下步骤SI S5 :S1、建立3D植物的静态结构。本发明中的静态结构是特指以枝干的空间点位置描述的树木某一时刻的几何形态。竞技宝JJB官方网站静态结构可以包括叶子，也可以不包括叶子。建立3D植物的静态结构的方法可以有多种，包括利用三维激光扫描手段获得真实植物的静态结构数据，基于多幅图像进行重建的方法，或者通过人工交互式操作的构建方法等。下面，我们通过一个实施例来说明，该实施例是利用计算机来绘制3D树的方法。图2所示为该实施例所建立的一棵树的静态结构图。如图所示，该树包括一个主干，在主干的顶部分出三个分枝，三个分枝上又分出多个枝条。S2、对所建立的3D植物的静态结构进行几何信息和拓扑信息的定量描述。将静态的植物结构从空间上划分为植物学单位叶元进行描述。一个叶元包括一个节，一个节间，每个节上着生一片或多片叶子，以及相应数量的腋芽。节间指枝干上两片连续产生的叶子之间的部分。拓扑信息是指植物枝条之间的连接关系以及枝条内部的不同节间之间的连接关系。几何信息是指所有节间的空间角度和节间直径。对于不具有叶元信息仅具有枝条长度的原始静态结构，竞技宝JJB官方网站则通过指定节间长度将整个结构进行划分。图3示出了对于图2创建的树的静态结构进行几何信息和拓扑信息的定量描述后得到的植物骨架示意图。在说明图3前，需要明确本发明中的几个概念，即生长轴和芽。在本发明中，生长轴是指一个枝条中不包含分枝的主轴部分，由节间构成，芽是指侧生在节间顶端的可以产生新的枝条的部分。如图3所示，该树可分解为不同的生长轴，每个生长轴包含有一定数量的节间，每 个节间可以着生包含O个或O个以上芽或生长轴。图3所示的结构可用现有的数据结构描述，如下。
I其中，ID为生长轴的唯一数字标识。Ien为生长轴中包含的叶元个数。M(Iength)为对每个叶元的具体描述。其数据结构MEIAMER的描述如下
lint ID; //叶元标识; float Ml α 4); //节隨几何变换矩阵 Π Oa I M2 a I); //侧生枝条的生长轴Ι Λ何变换矩阵； float So⑵;//节M的长度和立径}如上数据结构包含了生长轴之间的连接关系，以及每个生长轴内的节间大小。S3、在所述植物上确定生长点，以及每个生长点的生长参数。所谓生长点是指从静态植物结构开始新枝条生长的地方，生长参数指用于构建动态植物结构的模型参数，模型指能够产生动态植物结构的双尺度自动机或L系统，生长参数包括控制每类芽在每个时间单元所产生的节间个数与方向的结构参数，以及控制节间以及其他器官大小的功能参数。每个生长点上生长的枝条视为由同一个生长模型并行运行而产生的独立生长的小树。生长点及其生长参数的确定可以通过经验公式来计算，或者通过人与计算机的交互式操作来指定。在上述实施例中，图4显示了其通过交互式选择确定的生长点的位置。并且，每个生长点设置相同的生长参数，即每个芽产生10到15个节间，顶部的1-5个节间包含一个相同的芽，芽产生的生长轴的插入角与母枝的角度均为30度。S4、在所述3D植物的静态结构的生长点上，根据每个生长点的生长参数对生长物的生长进行动态模拟计算。根据本发明，可以借鉴单株植物的形态模拟技术，使得静态结构上分枝的动态模拟过程类似于由单株植株构成的植物群体的模拟等。在上述实施例中，每个生长点位置产生了一个新的枝条。由于所有生长点位置同时形成新的枝条，使得植物顶部形成了新的树冠，如图5所示。在该步骤中，在对所述植物的动态模拟计算的过程中，可以对所述的3D植物的静态结构进行更新。考虑到静态结构与动态模拟的结构属于同一个植物整体，因此动态结构的模拟会影响到已有的静态结构，例如直径的增粗。根据本发明，建立动态模拟对植物静态结构的反馈机制，即静态结构中的节间直径跟据动态结构中的叶子树木按比例增加。在上述实施例中，图6展示了对应于图5骨架的植物三维形态，其中如图所示的静态结构部分的节间直径已经根据上方叶子数目增加。S5、最后，根据上述植物的静态结构和动态模拟计算结果来绘制所述3D虚拟植物。根据本发明，还可以在计算机中对上述植物的静态结构和动态模拟计算结果进行保存。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于，包括如下步骤51、建立3D植物的静态结构；52、对所述3D植物的静态结构进行几何信息和拓扑信息的定量描述；53、在所述植物上确定新枝条生长点，以及每个生长点的几何和拓扑生长参数；54、在所述3D植物的静态结构的生长点上，根据每个生长点的生长参数进行新枝条的动态模拟；55、根据上述植物的静态结构和动态模拟计算结果来绘制所述3D虚拟植物。
2.如权利要求1所述的利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于在所述步骤S3对所述植物的动态模拟计算的过程中，对所述的3D植物的静态结构进行更新。
3.如权利要求2所述的利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于，所述步骤S3 的更新步骤包括所述树木静态结构中的节间直径根据该节间上方叶子数目按比例增加。
4.如权利要求1所述的利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于，所述步骤SI 中获得3D植物的静态结构的步骤可以利用3D激光扫描或交互设计方法建立静态结构数据后输入计算机。
5.如权利要求1所述的利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于，所述拓扑信息包括枝条之间的连接关系以及枝条内部不同节间之间的连接关系，几何信息包括枝条的空间角度和所有节间直径。
6.如权利要求1所述的利用计算机绘制动态3D植物的方法，其特征在于，所述步骤S4 中的动态模拟指在静态结构中每个生长点处的新枝条的模拟，每个新枝条相当于一个独立的植物，采用相同的生长模型，仅模型参数不同。
本发明公开了一种利用计算机绘制动态3D植物的方法，包括如下步骤建立3D植物的静态结构；对所建立的3D植物的静态结构进行几何信息和拓扑信息的定量描述；在所述植物上确定生长点，以及每个生长点的生长参数；在所述3D植物的静态结构的生长点上，根据每个生长点的生长参数对生长物的生长进行动态模拟计算；根据上述植物的静态结构和动态模拟计算结果来绘制所述3D虚拟植物。本发明能够绘制形态丰富的3D植物。