虚拟果树的实时构建

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对自然场景进行快速精确重构并据此进行虚拟交互是虚拟现实技术发展的一个新领域。作为自然场景的重要部分,针对树木模型的快速重建研究也随之发展。本文以双目立体视觉系统采集数据为基础,使用模块化方法实现了对柑橘果树的快速精确模型重建。  选取采摘机器人视觉系统获取的多角度场景图像进行预处理,分割提取枝干、树叶和果实图像。对于枝干图像,将枝干二值化图像转化为距离图像,再将距离图像细线化并与距离信息相结合,配合空间坐标信息得到枝干中心线各点坐标及对应半径。为减少数据运算量,对得到的数据图像剪除短枝、去除赘点以得到描述枝干拓扑结构的关键点坐标及其对应半径。据此计算得到的模型顶点空间实际坐标信息构成了对枝干部分三维模型的表述;对于树叶图像和果实图像,在分别完成树叶和果实建模之后,辅以先前获得的三维数据信息加入已完成的枝干模型之中,完成整幅树木模型的实时建模。权衡模型精度和建模速度,确定使用十二边形棱柱逼近方法生成枝干部分模型,用较少数据量实现了中等复杂度柑橘果树场景的完整描述,达到很好的可视化效果。针对采摘机器人避障计算,调整模型精度达到合理状态,剔除材质和纹理,并在枝干建模中使用阶梯圆柱替代圆台,忽略冗余数据提高模型生成速度,为整个系统的实时性奠定了基础。  本研究为机器人避障系统提供了路径规划基准和虚拟工作环境,同时可为其他同类树木模型快速精确建模研究提供借鉴。
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