本文采用Kinect重建植物变态根茎曲面的方法,是国家自然科学基金项目(60971115)“土壤压实对作物地下组织构型作用建模与动态仿真”的研究内容之一。作为植物生物功能建模与仿真的研究方向,属于虚拟植物的研究范畴,旨在提取植物构型和生长参数,并针对植物变态根茎进行曲面重建可视化。作为国内外精确农业研究热点,虚拟植物研究中对植物构建模拟的关键和难点在于如何提取几何构型信息和动态发育信息,建立相应的数学模型,并用计算机生成能描绘植物动态生长的具有真实感的三维图形,以建立能反映植物随环境变化的可视化三维结构-功能模型。植物的三维重建应能够精确地再现其形态结构,分析与植物形态结构有关的定性、定量特征及生理生态过程,是虚拟植物研究的重要理论基础。随着可视化数据获取设备的发展,以及三维重建技术的进步,使得植物三维重建获取构型信息更易实现,可为建立植物动态生长过程以及可视化模型提供基础。目前的研究只是应用立体视觉系统或激光扫描设备针对植物构型进行三维重建。由于立体视觉系统重建时立体匹配需要交互才能确保正确,特别是对颜色单一和具有分形特征的植物进行立体匹配更为困难,而利用激光扫描设备成本很大。采用基于Kinect的曲面重建方法,可弥补上述缺陷并较好地重建出植物模型。Kinect能够直接获取物体的深度信息,并且能快速准确的将其转换为彩色点云,具有精度高、成本低、可直接用MeshLab对获取的点云进行处理等优点。采用Kinect进行曲面重建,能较好地重建出植物模型,并能高效准确地提取植物变态根茎的构型参数。目前,基于Kinect植物变态根茎曲面重建的研究至今还未见报道。本文以典型的植物变态根茎为对象,采用Kinect曲面重建的方法获取植物变态根茎彩色点云,对彩色点云数据进行配准、滤波和曲面重建,从重建后的曲面模型中提取变态根茎体积构型参数和特征点间的长度参数,并对曲面重建结果用统计学的方法进行分析验证。实验证明,重建模型能够完整的表现植物变态根茎的纹理特征,提取的体积构型参数与特征点间长度参数的误差都在10%以内。本文提出和实现的从彩色点云的获取到曲面重建整个过程快速准确,为植物三维模型的研究和构型参数的提取提供了一种新方法。