论文题目: 叶图像提取研究及虚拟植物可视化实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用技术
作者: 李云峰
导师: 朱庆生
关键词: 虚拟植物,图像提取,图像重建,系统
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 虚拟植物是指在计算机上形象直观地再现植物的生长过程。虚拟植物可视化技术的研究,是虚拟农业研究的重要组成部分;在数字农业、大型自然场景仿真系统、虚拟娱乐、科研、教育等诸多领域具有很高的应用价值。相对于植物结构模型的研究,植物器官建模研究较少见到;基于图像的器官重建具有重要的研究价值。叶是植物最重要的可视化特征之一,是构建植物器官图像、图形库的重要原始信息,叶图像提取及重建是基于规则的虚拟植物建模的重要组成部分,是影响视觉效果的决定性因素之一。论文就叶图像提取及虚拟植物可视化实现进行研究,主要围绕叶图像提取、基于图像的叶重建、基于图像和L系统虚拟植物可视展现等进行研究。论文分析了植物模型的基本概念,比较了常用虚拟植物建模方法;给出了基于图像的虚拟植物可视展现实现思路,主要思想是基于图像进行植物可视特征提取,在此基础上利用L系统进行植物生长“组装”。论文分析了基于规则的虚拟植物器官重建方法,主要是基于图形学几何表示,采用简单的几何形状近似表示植物器官,通过若干参数调整控制其外观,用计算机图形学技术可视展现;模型的可控性较好,但视觉效果不理想。植物图像包含了植物重要的特征视觉信息,是虚拟植物可视化系统的一个重要数据来源。叶是植物最典型的器官之一,包含了重要的植物特征信息;叶图像提取是叶表面重建和植物自动识别的基础工作。论文针对叶图像特点设计实现了叶边缘提取;针对叶脉提取,提出了一种结合可变模板技术和细胞神经网络的提取算法,该方法结合可变模板和细胞神经网络的优良特性,取得了较为理想的提取效果;可应用于虚拟植物叶重建和机器识别所需的叶拓扑结构获取。论文研究了基于图像的叶重建。叶表面重建是基于规则的虚拟植物建模的重要组成部分,是提高基于L系统植物建模视觉效果的重要途径,是影响最终重建视觉效果的决定性因素之一。论文设计并实现了基于叶轮廓的表面重建。上述方法仅利用了叶边缘信息,仿真效果较差。论文设计了基于图像重建技术和参数L系统的交互式叶重建方法,并结合图像合成技术使叶重建有更好的视觉效果和可控性。论文研究了树形植物株体三维近似重建,自然背景下的植物图像,采用传统图像分割方法效果较差,提出了基于小波的植物图像轮廓提取方法。自然植物虚拟重建非常困难,近似重构一株视觉上“相似植物”具有重要的实际意义;论文改进了快速植物近似三维重构,重建一株视觉上“相似植物”。该方法无须复杂的L系
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 问题的提出及研究意义
1.1.1 问题的提出
1.1.2 研究的理论意义
1.1.3 研究的应用价值
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文的主要研究内容
1.4 本文的章节安排
2 虚拟植物生长模型
2.1 引言
2.2 植物学基本概念
2.3 植物拓扑结构模型
2.4 虚拟植物模型
2.4.1 虚拟植物模型的理论基础
2.4.2 粒子系统
2.4.3 L-系统
2.5 虚拟植物模型分析
2.6 基于图像的虚拟植物可视化
2.6.1 基于图像的虚拟植物可视化
2.6.2 模型特点
2.7 本章小结
3 叶图像提取
3.1 引言
3.2 图像分割
3.2.1 图像分割定义
3.2.2 基于神经网络的图像分割
3.3 叶边缘提取
3.3.1 叶图像预处理
3.3.2 叶边缘提取
3.4 叶脉络提取
3.4.1 概述
3.4.2 细胞神经网络
3.4.3 基于细胞神经网络的主动轮廓技术
3.4.4 结合主动轮廓技术和细胞神经网络的叶脉络提取
3.5 结论
4 基于图像的叶重建
4.1 引言
4.2 基于轮廓的叶表面重建
4.2.1 叶轮廓二值化
4.2.2 叶轮廓的细线化
4.2.3 叶轮廓的矢量化
4.2.4 叶轮廓的三角剖分
4.2.5 小结
4.3 基于图像合成技术的叶重建
4.3.1 叶生长建模概述
4.3.2 基于图像合成的叶重建
4.3.3 叶轮廓和骨架
4.3.4 叶特征提取和验证
4.3.5 叶表面重构
4.3.6 叶纹理映射和变形
4.4 本章小结
5 基于图像的树形植物株体近似三维重建
5.1 引言
5.2 基于图像的近似三维植物株体重构
5.3 基于小波的植物图像提取
5.3.1 基于小波的多分辨率图像分割
5.3.2 多维形态小波
5.3.3 基于小波的植物图像分割
5.4 基于图像的植物株体结构生成
5.4.1 体相交技术
5.4.2 可视外壳
5.4.3 植物图像目标获取
5.4.4 植物株体结构生成
5.5 重构近似三维植物株体
5.5.1 生成“真实”植物
5.5.2 注重于视觉效果的近似模拟植物生成过程
5.6 本章小结
6 虚拟植物可视化原型系统实现
6.1 引言
6.2 系统设计
6.2.1 系统简介
6.2.2 需求分析
6.2.3 开发平台和工具的选取
6.3 系统主要功能模块
6.4 系统关键技术分析
6.4.1 文法编译器
6.4.2 文法执行
6.4.3 植株渲染
6.5 实验结果
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 后续研究工作的展望
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
参考文献
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