植物的三维建模一直是计算机图形学和计算机视觉等研究领域的重难点,而花朵更是因为其几何结构和种类的多样性使得其建模的过程更加复杂和困难。而随着计算机信息技术、硬件技术以及虚拟现实技术的发展,三维重建技术也越来越多的用于花朵的三维重建。三维花朵模型在室内外场景的重建以及真实感游戏等方面都发挥着非常重要的作用,并且已经在计算机游戏、场景设计等方面得到广泛的应用。而基于单幅图像的三维重建由于其输入简单、重建速度快、效率高等优点,成为目前三维重建领域的研究热点。本文将单幅图像的建模与花朵的三维建模结合在一起,充分利用花朵生态学上的结构性以及对称性,同时加上少量的用户交互,方便快捷地实现单幅图像花朵的三维重建。本文主要工作和取得的研究成果如下:1)基于自然界中各类花朵所普遍具有的对称特性,提出了一种利用单幅图像的三维建模方法。首先,根据输入的单幅花朵图像,用户交互式地描绘花朵每个花瓣的两条边缘曲线,对花朵边缘曲线的顶部顶点和底部顶点分别进行最小二乘圆锥拟合。利用拟合得到的圆锥计算花朵各花瓣的对称面;根据不同种类花朵所固有的对称性和各个花瓣的对称面信息,计算花瓣两条边缘曲线上所有采样点的深度,得到其三维构造曲线;利用恢复了深度信息的花瓣边缘构造曲线,经过离散化网格处理构建出各个花瓣三维模型,进而重建生成整个花朵的三维模型;最后根据输入的单幅图像纹理信息合成花朵的表面纹理,得到具有较强真实感的花朵模型。2)在基于单幅图像花朵建模的基础上,本文提出了一种基于圆锥代理的图像编辑算法;首先根据图像分割算法,在输入图像上进行人工交互,进行花朵前景与背景的分割;在成功提取出前景花朵区域后,对图像中空白的前景部分进行一定的修复,得到完整的花朵模型编辑的背景图。之后,分析输入图像中的花朵区域,采用少量的人工交互方法对输入花朵图像进行圆锥拟合和三维建模,使用圆锥代理的方法编辑花朵模型。最后,在背景图上,采用旋转、缩放、平移等操作编辑花朵模型,根据用户需求来获得相应的三维编辑后的二维投影图像,丰富了图像库并且满足了用户的需求。针对输入的单幅花朵图像,本文首先提出了利用对称性进行三维花朵建模的算法,之后在此基础上提出了基于圆锥代理的花朵图像编辑算法。实验表明,本文提出的三维花朵建模算法能够简单快速地对输入的单幅花朵图像进行建模,减少了用户的交互量且加快了建模速度;而花朵编辑算法,不仅采用了圆锥代理方式进行花朵建模,而且使用图像分割算法和图像修复算法对图像进行处理,最终能够满足用户对花朵图像的编辑要求,操作简单,生成的花朵图片数量也大大增加。