專利名稱：一種動態(tài)3d綠值模型的建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種3D模型的建立方法，具體為一種動態(tài)3D綠值模型的建立方法，屬于3D模型技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市綠地是指用以栽植樹木花草和布置配套設(shè)施，基本上由綠色植物所覆蓋，并賦以一定的功能與用途的場地。城市綠化能夠提高城市自然生態(tài)質(zhì)量，有利于環(huán)境保護(hù)；提高城市生活質(zhì)量，調(diào)試環(huán)境心理；增加城市地景的美學(xué)效果；增加城市經(jīng)濟(jì)效益；有利于城市防災(zāi)；凈化空氣污染。但是現(xiàn)有的綠地指標(biāo)體系只是平面的綠地指標(biāo)體系，造成了“草坪熱”等綠地結(jié)構(gòu)簡單、生態(tài)效益低下的問題。3D建模通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù) 的模型。它的方法一般是1、使用計算機(jī)描述一個系統(tǒng)的行為。2、使用計算機(jī)以數(shù)學(xué)方法描述物體和它們之間的空間關(guān)系。本發(fā)明希望通過動態(tài)3D建模的方式，打破這種平面綠地指標(biāo)體系的格局。提供更為科學(xué)的綠地指標(biāo)體系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種動態(tài)3D綠值模型的建立方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。一種動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其具體步驟為I)景深法獲取樹冠輪廓函數(shù)；使照片三維數(shù)字化，直接從圖中讀取植株高、以及樹冠輪廓函數(shù)，計算葉片部分旋轉(zhuǎn)體實心體積；2)通過灰度法圖像分析，計算葉片密度，使實心體體積轉(zhuǎn)換為葉片體積；3)將建立好的單株模型進(jìn)行橫向分割(100層)獲取各空間高度層葉片體積；圖像識別葉片密度；4)引入生長模型(可以估計N年以后的植株狀況)，并根據(jù)實地獲得的季相變換數(shù)據(jù)建立動態(tài)3D綠值模型。所述的景深法，具體步驟為I)首先建立標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)；使用既定相機(jī)和鏡頭，在所述相機(jī)上加裝水平儀，并使用三角架進(jìn)行拍攝；在地面上使用卷尺計算距離，將一定高度的標(biāo)桿每間隔相同的距離拍攝一張照片，將所拍攝的照片合成，獲得0-50m內(nèi)的景深單位；2)將獲得的數(shù)據(jù)通過指數(shù)回歸擬合度，獲得相機(jī)的景深方程；3)在實地獲取照片后，通過Photoshop軟件計算樹在圖中所占像素點數(shù)，從而獲得樹高、冠高、冠徑、胸徑數(shù)據(jù)。所述的三腳架高度為I. 2m，所述的標(biāo)桿高度為lm，所述的照片每隔3m拍攝一張。所述的樹冠輪廓函數(shù)通過Matlab樹冠框取程序，采用插值法，從景深法獲取的圖中框取樹冠輪廓，繞樹干旋轉(zhuǎn)獲得葉片體積以及樹冠輪廓模型。將同一季節(jié)同一樹種的輪廓取平均，獲得每種樹種的樹冠輪廓模型。步驟2)中所述的葉片密度的計算方法，是以相機(jī)矩陣測光為基礎(chǔ)，在相同曝光條件下拍攝以天空為背景(無遮擋)的植物樹冠照片；使用Matlab葉片密度程序與Photoshop色彩范圍工具，獲取圖中的綠色(RGB :0，128，O容差50)部分；獲取此范圍的平均灰度，通過灰度比描述葉片密度，將其建入模型。每樹種每季取5張以上照片取平均值。而傳統(tǒng)的計算植物體積的方法都是將植物算成一個實心體，但不同植物(如樟樹、柳樹)葉片的密度大不相同，存在很大的誤差。為了體現(xiàn)植物葉片在空間垂直位置上的不同所表現(xiàn)出的差異，將所獲取樹冠輪廓模型在垂直位置上進(jìn)行水平分割(分割至100層)，即獲得了空間中各個高度層段的葉片體積數(shù)據(jù)。通過對I. 5m進(jìn)行指數(shù)配權(quán)，與人本效益進(jìn)行結(jié)合分析。動態(tài)3D綠值數(shù)學(xué)模型
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于其具體步驟為 I)景深法獲取樹冠輪廓函數(shù)；使照片三維數(shù)字化，直接從圖中讀取植株高、以及樹冠輪廓函數(shù)，計算葉片部分旋轉(zhuǎn)體實心體積；2)通過灰度法圖像分析，計算葉片密度，使實心體體積轉(zhuǎn)換為葉片體積；3)將建立好的單株模型進(jìn)行橫向分割(100層)獲取各空間高度層葉片體積；圖像識別葉片密度；4)引入生長模型(可以估計N年以后的植株狀況)，并根據(jù)實地獲得的季相變換數(shù)據(jù)建立動態(tài)3D綠值模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于所述的景深法，具體步驟為 1)首先建立標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)；使用既定相機(jī)和鏡頭，在所述相機(jī)上加裝水平儀，并使用三角架進(jìn)行拍攝；在地面上使用卷尺計算距離，將一定高度的標(biāo)桿每間隔相同的距離拍攝一張照片，將所拍攝的照片合成，獲得0-50m內(nèi)的景深單位； 2)將獲得的數(shù)據(jù)通過指數(shù)回歸擬合度，獲得相機(jī)的景深方程； 3)在實地獲取照片后，通過Photoshop軟件計算樹在圖中所占像素點數(shù)，從而獲得樹高、冠高、冠徑、胸徑數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于所述的三腳架高度為I. 2m，所述的標(biāo)桿高度為lm，所述的照片每隔3m拍攝一張。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于所述的樹冠輪廓函數(shù)通過Matlab樹冠框取程序，采用插值法，從景深法獲取的圖中框取樹冠輪廓，繞樹干旋轉(zhuǎn)獲得葉片體積以及樹冠輪廓模型。將同一季節(jié)同一樹種的輪廓取平均，獲得每種樹種的樹冠輪廓模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于步驟2)中所述的葉片密度的計算方法，是以相機(jī)矩陣測光為基礎(chǔ)，在相同曝光條件下拍攝以無遮擋的天空為背景的植物樹冠照片；使用Matlab葉片密度程序與Photoshop色彩范圍工具，獲取圖中的綠色，其中RGB :0，128，O容差50 ;獲取此范圍的平均灰度，通過灰度比描述葉片密度，將其建入模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于每樹種每季取5張以上照片取平均值。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其特征在于將所獲取樹冠輪廓模型在垂直位置上進(jìn)行水平分割，分割至100層，即獲得了空間中各個高度層段的葉片體積數(shù)據(jù)，通過對I. 5m進(jìn)行指數(shù)配權(quán)，與人本效益進(jìn)行結(jié)合分析。
8.動態(tài)3D綠值數(shù)學(xué)模型 = c^ix ~~ 0.55^5 X = f (J1)o h_1.5 其中 Vi :單株模型3D綠值 Cli :單株模型疏透度 I :單株模型總高 h:描述單株模型輪廓的曲線橫軸變量X :描 述單株模型輪廓的曲線縱軸變量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動態(tài)3D綠值模型的建立方法，其具體步驟為1)景深法獲取樹冠輪廓函數(shù)；使照片三維數(shù)字化，直接從圖中讀取植株高、以及樹冠輪廓函數(shù)，計算葉片部分旋轉(zhuǎn)體實心體積；2)通過灰度法圖像分析，計算葉片密度，使實心體體積轉(zhuǎn)換為葉片體積；3)將建立好的單株模型進(jìn)行橫向分割獲取各空間高度層葉片體積；圖像識別葉片密度；4)引入生長模型，并根據(jù)實地獲得的季相變換數(shù)據(jù)建立動態(tài)3D綠值模型。本發(fā)明的動態(tài)3D綠值模型的建立，打破現(xiàn)有平面綠地指標(biāo)體系，針對其造成的“草坪熱”等綠地結(jié)構(gòu)簡單、生態(tài)效益低下的問題，建立城市綠地3D模型，并與人本效益建立關(guān)系，對既有綠地重新評價并為科學(xué)的綠地規(guī)劃提供依據(jù)。
文檔編號G06T17/00GK102810213SQ20111014680
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者郭海駿, 費(fèi)希旸 申請人:華東師范大學(xué)