一种植物动态虚拟仿真方法及系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机模拟技术领域，尤其设及一种植物动态虚拟仿真方法及系统。
【背景技术】
[0002] 植物虚拟建模与仿真是当前植物学、农学和计算机应用研究等领域中所面临的重 要难点问题，特别是高精度高真实感的植物动态建模与仿真更加复杂，与此同时，随着虚拟 植物在科学研究、虚拟展示、游戏娱乐、园艺景观设计等典型应用中不断深入，传统的植物 虚拟建模与仿真方法无法满足各领域对植物动态虚拟仿真的要求，植物对象的=维动态模 拟和动画合成已经发展成为一个热点问题。提出准确高效的植物动态仿真方法，建立高精 度高真实感植物动态虚拟模型，包括=维形态模型和动态物理模型，并准确计算模型各项 物理参数不仅具有重要意义，也具有广泛的实际应用价值。
[0003] 植物动态虚拟仿真方法和模型主要包括基于规则的动态心系统方法，参数化建模 方法、基于图像的建模方法、基于物理的建模方法和基于数据驱动的建模方法。其中基于物 理的建模方法由于其能够在较大程度上模拟物体的真实运动规律，在刚体、织物、自然现象 等多种场合得到较为广泛的应用，在植物虚拟仿真中得到初步的应用，可基本实现植物动 态过程仿真的模拟，此类方法难点在于难W准确定义物理模型参数W及计算参数的值，从 而使仿真效果和精度存在较大局限性。
[0004] 现有的基于物理模型的植物叶片萎黨模拟方法中设及基于物理的建立植物叶片 =维模型。所述方法包括步骤:构建=维植物叶片模型的体素集，体素集包括多个用于模拟 植物叶片叶肉内部细胞的六面体单元;将体素集转化为质点弹黃模型;对质点弹黃模型施 加外力后，模拟计算六面体单元中各个顶点的位移;根据六面体单元中各个顶点的位移，插 值出叶片模型中=角网格的顶点的坐标。所述方法，通过=维模型构造体素集，基于该体素 集构建的质点弹黃模型是多层的，与真实植物叶片的内部结构更加贴近，并且质点弹黃之 间连接更加稳定;采用了隐式纽马克积分算法可W在大步长下进行模拟，保证了模型能够 进行实时的可视化模拟。
[0005] 现有的基于物理模型的植物虚拟仿真建模方法是基于质点弹黃模型的模拟，根据 经验值提前指定物理参数，根据虚拟仿真视觉效果定性评价运动过程的真实感，然后通过 交互修改模型参数的方式。模型构建及参数选择具有较大主观性，从而限制了模型的普适 性，也限制了虚拟仿真的效果和精度。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是:现有的植物虚拟仿真方法中建立的模型精度低导 致仿真效果差的问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明一方面提出了一种植物动态虚拟仿真方法，该植物 动态虚拟仿真方法包括：
[000引根据植物的拓扑结构建立植物的质点弹黃模型，确定质点数量和质点质量；
[0009] 在连续的运动捕捉时间序列内，根据所述植物上的运动捕捉特征点捕捉所述植物 的运动，并记录捕捉到的运动数据帖；
[0010] 分析所述运动数据帖，获取所述质点弹黃模型的参数，进行植物动态虚拟仿真。
[0011] 可选地，所述质点弹黃模型由多个弹黃构成，所述弹黃两端的顶点为质点。
[0012] 可选地，在所述在连续的运动捕捉时间序列内，根据所述植物上的运动捕捉特征 点捕捉所述植物的运动之前，还包括：
[0013] 在所述植物上布设运动捕捉特征点，所述运动捕捉特征点的布设方式与所述质点 弹黃模型的质点相对应。
[0014] 可选地，所述质点弹黃模型的参数包括弹黃的弹性系数、弹黃的原始长度和质点 的阻尼系数。
[0015] 可选地，所述质点弹黃模型具体为：
[0016] M /-*4- D P+ KP = /,
[0017] 其中，P为模型S维点集，K为模型刚度系数， 为模型S维点集的运动过程的 速度，D为模型质点的阻尼系数，
为模型=维点集的运动过程的加速度，M为模型质 量矩阵，f为模型所受外力总和。
[0018] 可选地，所述分析所述运动数据帖，获取所述质点弹黃模型的参数包括：
[0019] 求解下述线性方程组，获取所述质点弹黃模型的弹黃的弹性系数ki、弹黃的原始 长度di和质点的阻尼系数kd;
[0021] 其中，弹黃在无外力作用下的受力方程为；如巧十足,,.；+";2=";;;111为质点 i=\ 的质量，；为加速度矢量，为速度矢量，ki为第i个连接弹黃的弹性系数，Ii为第i个连接弹 黃的当前长度，di为第i个连接弹黃的原始长度，巧为第i个弹黃的另一端连接质点与该质 点构成的矢量的单位矢量，kd为阻尼系数，J (0,0.-9.8)7为重力加速度矢量。
[0022] 可选地，该方法还包括利用最小二乘法对质点弹黃模型的参数进行优化。
[0023] 可选地，所述利用最小二乘法对质点弹黃模型的参数进行优化包括：
[0024] 求解质点弹黃模型的参数使下式的值最小：
[0026] 其中，T为运动数据帖的帖数，N为质点弹黃模型参数的个数，J为质点个数。
[0027] 可选地，所述确定质点数量和质点质量包括：
[0028] 将所述植物分为N个部分，确定所述植物的N个质点，分别测量每个质点的质量；
[0029] 其中，N为大于1的整数。
[0030] 另一方面，本发明还提出了一种植物动态虚拟仿真系统，该系统包括：
[0031] 质点弹黃模型建立单元，用于根据植物的拓扑结构建立植物的质点弹黃模型，确 定质点数量和质点质量；
[0032] 植物运动记录单元，用于在连续的运动捕捉时间序列内，根据所述植物上的运动 捕捉特征点捕捉所述植物的运动，并记录捕捉到的运动数据帖；
[0033] 动态虚拟仿真单元，用于分析所述运动数据帖，获取所述质点弹黃模型的参数，进 行植物动态虚拟仿真。
[0034] 本发明通过建立物理模型参数与植物真实物理运动之间的量化关系，有效保证物 理模型参数的合理性和准确性，提高了植物虚拟仿真的效果。
【附图说明】
[0035] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理 解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0036] 图1示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的流程示意图；
[0037] 图2示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的原理示意图；
[0038] 图3示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的质点弹黃模型的连接方 式的示意图；
[0039] 图4示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的运动捕捉特征点的示意 图；
[0040] 图5示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的质点受力分析的示意 图；
[0041 ]图6示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042] 下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0043] 图1示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的流程示意图。如图1所 示，该植物动态虚拟仿真方法包括：
[0044] SI:根据植物的拓扑结构建立植物的质点弹黃模型，确定质点数量和质点质量；
[0045] S2:在连续的运动捕捉时间序列内，根据所述植物上的运动捕捉特征点捕捉所述 植物的运动，并记录捕捉到的运动数据帖；
[0046] S3:分析所述运动数据帖，获取所述质点弹黃模型的参数，进行植物动态虚拟仿 真。
[0047] 本实施例的植物动态虚拟仿真方法通过建立物理模型参数与植物真实物理运动 之间的量化关系，有效保证物理模型参数的合理性和准确性，提高了植物虚拟仿真的效果。
[0048] 在一种可选的实施方式中，所述质点弹黃模型由多个弹黃构成，所述弹黃两端的 顶点为质点。
[0049] 图2示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的原理示意图。如图2所 示，本实施例首先根据植物拓扑结构建立基于质点弹黃模型的植物动态物理模型，按植物 拓扑结构合理确定质点数量和质量值，W及质点的连接关系，连接的参数为待定。然后选取 同类植物对象作为目标，利用运动捕捉技术，在同类器官上布设特征标记点，通过外力作用 使目标发生形变，并记录各特征标记点的运动轨迹;对运动捕捉数据进行分析，根据物理模 型建立运动数据的运动学分析模型，可通过运动数据求解物理模型的参数，从而得到完整 的基于数据的植物动态物理模型;最后根据求解出的物理模型进行植物动态虚拟仿真模拟 和动画合成。
[0050] 图3示出了本发明一个实施例的植物动态虚拟仿真方法的质点弹黃模型的连接方 式的示意图。如图3所示，W玉米叶片为例，