虚拟现实环境中的物理模型和仿真及其在农业信息技术中的应用

 虚拟现实技术在现代农业信息领域的作用日益凸显,然而当前的农业虚拟现实环境仍然以静态几何模型为主,具有真实物理意义并符合真实环境物理规则的动态模型和交互模式仍然没有普及。基于物理的模型和仿真方法具有机理上的优势,能够在自然环境包括农业生物和农业生产场景的动态建模与真实感交互方面增强虚拟交互的真实感和互动体验的沉浸感。本文阐述了基于物理的建模方法本质和意义,总结了农业虚拟现实环境中的物理建模和仿真的研究进展,分析了基于物理方法在植物形态学、运动学、动力学、生物力学以及环境物理场建模与仿真方面的应用原理和基本方法,并探讨了物理模型和仿真方法在农业虚拟现实乃至农业信息化中的潜在作用和未来的发展趋势。     

光学运动捕捉散乱数据处理的一种方法

阐述了一种适用于被动式光学人体运动捕捉散乱数据处理的方法,该方法基于模版匹配的原理,根据人体标示的特征点的局部相对刚性结构以及整体拓扑结构关系,利用刚性结构匹配、运动轨迹追踪、拓扑结构校验实现散乱数据的处理,从而得到人体运动参数及骨架拓扑结构。该方法解决了追踪算法在特征点重合时的追踪出错问题,处理方法经优化后数据处理过程能够满足运动捕捉的实时性要求,具备错误自动检测和纠正能力,处理过程无须人工干涉。     

群体演出活动服装虚拟仿真系统设计与实现

服装在群体演出活动中发挥重要作用,直接影响整体演出效果呈现。为实现群体演出活动服装的虚拟设计和虚拟演练目标,设计实现群体演出活动服装虚拟仿真系统。利用CLO3D建立人体模型,构建服装个体模型,将人体和服装模型导入Unity后,调整服装材质并且添加纹理图,在Unity中复制成群体,开发演出场景虚拟仿真的交互界面,实现群体演出服装整体效果的设计与可视化虚拟仿真。仿真结果表明,虚拟仿真技术能够模拟出群体演出活动的大体效果,节约排练成本,缩短排练的周期。     

植物建模与动画合成研究

植物建模与动画合成在虚拟植物、三维动画、游戏制作等领域有广泛应用前景。全面总结植物建模与动画合成领域主要研究成果,对植物建模技术从分形及L系统方法、基于图像的方法、基于三维测量数据的方法 3个方面进行探讨,对植物动画合成技术从基于物理、基于过程、基于视频和基于数据驱动4个方面进行系统分析。对植物建模与动画合成领域需要进一步研究的若干问题进行探讨,并对未来发展趋势及研究方向进行展望。     

一种有效的光学运动捕捉数据处理方法

提出一种适用于被动式光学人体运动捕捉散乱数据处理方法.该方法基于光学人体运动捕捉散乱数据的时空信息,提出了时空搜索数据处理算法.由于光学运动数据采集频率高,运动数据的前后帧之间在时间轴上成平滑线性关系,人体骨架关系的约束使得各帧数据在空间位置上遵循一定的拓扑关系.时空搜索数据处理算法合理地利用了运动数据时间轴上的线性关系和空间位置上的拓扑关系作为约束条件,有效地对三维运动数据进行了预测和跟踪,并对噪声数据进行去噪处理,对缺失运动数据提出基于刚体的补点算法,进行合理的补缺.该方法在处理过程中无需人工干预,并能满足实时性要求.     

玉米考种自动化流水线机构设计与仿真

针对玉米考种过程中的果穗性状信息自动化采集的要求,设计了一种玉米考种自动化流水线机构,主要包括果穗自动称重和果穗图像采集两个环节,以流水线的方式实现批量玉米果穗的重量数据采集和不同位面图像采集。在此基础上对机构的运动特性进行了分析,并利用三维虚拟仿真技术开发了应用系统对系统的主要部件进行了虚拟建模和仿真,探讨了该玉米果穗考种流水线设计方案的可行性,为实现高精度、高效率的玉米考种作业提供实用工具和技术参考。     

基于T样条拼接的彩椒果实可视化研究

彩椒果实表面具有沟痕深、凹凸性强等特征,难以获取曲面造型所需控制点。为克服以上缺点,提出利用T样条无缝拼接的方法进行彩椒果实几何建模。首先根据形态特征将彩椒分为若干片段,利用三维扫描仪获取各片段三维数据点,然后应用NURBS曲面分别建立各个片段的模型,最后使用T样条的无缝拼接算法将各片段组合为完整的彩椒模型,并在VC++和OpenGL平台得到了真实感较强的彩椒果实可视化模型。实验表明,该方法不仅能够拼接片段之间的缝隙,还能极大地增加模型的真实感。     

作物形态辅助设计系统的开发与应用

将几何造型技术和计算机辅助设计思想应用于作物形态结构的设计和分析,开发了以禾本科作物为应用对象的作物三维形态辅助设计系统。介绍了系统的形态建模方法、数据对象描述形式和操作流程等。系统界面友好,易于使用;基于系统进行了玉米群体结构的设计和冠层光分布的计算,取得较好的应用效果。图4,参4。     

基于模板匹配的人体运动捕捉数据处理方法

在光学式运动捕捉系统中,标记点往往会出现近似或对称的分布结构,这使得在对标记点进行识别时容易引起混淆。基于模板匹配的人体运动捕捉数据处理方法根据人体局部刚性结构把人体模板分割为多个子模板,使用空间仿射变换从运动捕捉数据中搜索与相应子模板误差最小的匹配点集作为最优匹配,并通过标记点跟踪实现对散乱数据的识别,解决了因标记点分布结构近似或对称而引起的混淆。对标记点缺失情况进行了重构。当出现错误匹配时系统能够自动检测并更正,整个过程无需人工干预。实验结果表明该方法能够正确识别标记点,标记点缺失情况重构效果比较理想,能够满足实时处理要求,证明了该方法的有效性。

Abstract：

In optical motion capture system,markers may be easily confused because of the approximate and symmetrical distributing structure.An approach based on template matching was proposed for the processing of human motion data.The human template was segmented to several rigid sub-templates by the local rigid structure.Matching point-set with least error was searched for each sub-template from the human motion capture data by affine transformation,and the scattered data was identified by point tracking.The ambiguity of identification was notability reduced.The missing data is reconstructed and when error matching is encountered the system is able to check and rectify them automatically.Manual intervention isn＇t necessary through the whole process.Experiment results indicate that this approach is able to identify the markers correctly,the reconstruction of the missing data is ideal and the processing is in real time.All these prove that the approach in this article is available.     

植物三维形态虚拟仿真技术体系研究

植物形态结构及生命属性的数字化、可视化表达是现代农业的重要研究内容,开展数字植物研究具有重要理论意义和应用价值.提出数字植物三维形态虚拟仿真技术体系框架,按照数据-知识-模型的逻辑关系,从三维数据获取、几何建模、场景显示和交互应用4个层次论述和总结了数字植物三维形态虚拟仿真关键技术,系统介绍了相关技术的理论基础和应用前景.重点阐述了数字植物三维形态虚拟仿真所面临的关键问题及可行的解决方案,以期为数字植物研究的进一步发展提供参考.