基于骨架点云的树木建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101866495A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101866495A(43)申请公布日2010.10.20(21)申请号201010188287.7(22)申请日2010.06.01(71)申请人中国科学院自动化研究所地址100080北京市海淀区中关村东路95号(72)发明人张晓鹏刘佳李红军(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人梁爱荣(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)权利要求书1页说明书10页附图11页(54)发明名称基于骨架点云的树木建模方法(57)摘要本发明涉及一种基于骨架点云的树木建模方法。该方法以手工勾画的树木主枝和树冠轮廓作为输入自动创建树木模型，其主要步骤包括：通过像素分析从勾画的笔画中提取二维骨架、由两个二维骨架构建三维骨架点云、在三维点云信息指导下将一个二维骨架扩展为三维主枝骨架、基于树冠轮廓约束创建细枝和叶子。本发明易于使用、算法简单、建模效率高，能够创建出具有真实感的树木模型。其建模结果在计算机游戏、三维电影、网络漫游、城市景观设计等领域具有重要的应用价值。CN1086495ACN101866495A权利要求书1/1页1.一种基于骨架点云的树木建模方法，其特征在于，该树木建模方法的步骤包括：步骤1：用户在两幅树木图片上用单像素画笔或者画刷手工勾画出具有树冠轮廓、具有不同的主枝笔画的树木草图，将具有不同的主枝笔画的两幅草图输入到图像处理设备；步骤2：图像处理设备对草图中每个主枝笔画像素的近邻像素进行分析，从而提取二维骨架；步骤3：基于等高同位置对应原则从两个二维骨架构建三维骨架点云，使该三维点云在两个输入方向的平行投影满足二维骨架约束；步骤4：基于三维骨架点云，将一个二维骨架扩展为三维主枝骨架；步骤5：以构建的三维主枝骨架为模版，在二维树冠轮廓约束内，通过主枝的复制、平移、旋转操作构建第一级细枝骨架，然后以第一级细枝骨架为模版按相同方法构建第二级细枝骨架，依此类推，得到指定级数的细枝骨架；步骤6：根据对骨架切向量、法向量和副法向量的估算创建广义圆柱，通过圆柱拟合得到树枝的几何模型；步骤7：在树枝几何模型上添加叶子或水果完成整个树木模型，每个叶子或水果由映射了一个四通道图像纹理的四边形来表示，将一个序列的叶子模型放置到细枝骨架点上，然后在叶子位置、叶子朝向以及叶与枝的距离参数中引入随机因素。2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等高同位置对应原则是指对于两个二维骨架，相同高度上处于相同位置的骨架点为对应点。3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维骨架扩展为三维主枝骨架是通过在三维骨架点云中搜索该二维骨架的三维匹配点实现。4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由二维骨架扩展得到的三维主枝骨架的任意两个骨架点的欧式距离不超过阈值。2CN101866495A说明书1/10页基于骨架点云的树木建模方法技术领域[0001]本发明属于计算机图形学和计算机视觉技术领域，涉及一种根据草图进行树木建模的方法。背景技术[0002]计算机游戏设计、三维电影制作等应用领域需要大量具有逼真视觉效果的植物模型。植物建模系统在这些领域中的应用要满足建模速度和视觉效果两个方面的要求。因此研究使用方便、运行速度快的植物建模方法对实际应用具有重要意义。[0003]目前的植物建模方法大致可分为四大类：[0004]第一类是基于植物学知识对植物形态进行建模的方法。这类方法主要考虑植物生长规律，如Lindenmayer提出的L系统；[0005]第二类是基于图像的植物建模方法。这类方法以植物图片作为输入信息，通过各种视觉重建方法构建植物模型，如2006年Quan提出的植物建模方法；[0006]第三类是基于三维扫描的植物建模方法。这类方法以三维扫描数据作为输入构建植物模型，如2006年Xu提出的树木建模方法；[0007]第四类是基于手工交互的植物建模方法。这类方法以用户勾画的二维草图作为输入，或通过三维交互直接控制输出的三维模型形状，如2005年Okabe提出的植物建模方法。[0008]基于生长机理的方法适用于生长模拟，农业分析等，但是一般需要调整参数，不便于控制输出，因此不适用于真实植物建模；基于三维扫描的方法以树的三维扫描数据作为输入，几何信息丰富，精度高，适用于对模型精度要求较高的应用，但三维扫描设备价钱昂贵，扫描过程花费时间较长，三维数据量大，不适于快速建模；基于图像的方法输入信息获取方便，建模方法灵活，可适用于各种精度要求的应用，但它比基于三维扫描的建模方法精度低；基于手工交互的方法是一种更加灵活的方法，可用于树模型的设计。发明内容[0009]本发明的目的在于，针对现实世界中存在的树木，提供一个基于图像和草图的、能够反映树