作物冠層光分布動畫合成方法

2023-05-29 14:14:11

專利名稱：作物冠層光分布動畫合成方法
技術領域：
本發明涉及作物光合作用技術領域，特別涉及一種作物冠層光分布動畫合成方法。
背景技術：
以可視化的方式描述大田間作物冠層內的光環境變化為農業研究者提供更為直觀的理解方式，作物冠層光分布動畫的實時合成對農業科普動漫作品的製作提供有益的技術支撐。作物冠層光分布模擬主要分為太陽直射光模擬、天空散射光模擬以及冠層內部多次反射散射的模擬三部分。從實際可視化的視覺效果上以及相關文獻分析，冠層內部多次反射散射輻射可以忽略，因此，僅從太陽直射光與天空散射光兩部分描述冠層光環境的變化即可。目前針對作物冠層光分布計算的研究較多，典型工作如專利《基於虛擬植物的冠層對光合有效輻射截獲能力分析方法》、專利《作物冠層散射光分布計算方法》即博士畢業論文《玉米冠層光合有效輻射三維空間分布模型的構建與驗證》等，這些研究為作物冠層的光分布提供了良好的模擬與分析方法。但目前尚未見專門針對作物冠層光分布變化的動畫實時合成方法。目前尚未見專門從作物冠層光截獲角度進行的動畫合成模擬方法，從計算機動畫角度模擬的作物冠層光分布動畫合成面臨著冠層內結構複雜，面元數量多，動畫合成實時性較低的缺陷，且從計算機動畫角度出發的動畫模擬往往僅追求視覺效果，其往往無法反映出冠層內準確地光環境變化情況。

發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是:如何提供一種作物冠層光分布動畫方法，使其能準確反映作物冠層內光環境的變化情況。(二)技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了一種作物冠層光分布動畫合成方法，其特徵是，該方法包括以下步驟:S1:採集作物冠層形態數據並建立作物冠層幾何模型；S2:計算所述作物冠層幾何模型的面元的天空可見率；S3:在步驟S2的基礎上計算所述面元的光強；S4:通過所述面元的光強計算設定時刻所述作物冠層關鍵幀上面元的顏色，進而實現作物冠層光環境的動畫效果。所述步驟S3具體為:S31:計算設定時刻作物冠層外部的直射光和作物冠層外部的散射光；
S32:通過所述作物冠層外部的直射光計算冠層內面元上的直射光；S33:通過所述作物冠層外部的散射光和面元的天空可見率計算冠層內面元上的散射光；S34:通過所述面元上的直射光和面元上的散射光得到面元的光強。所述作物冠層外部的直射光的計算公式為:
權利要求
1.作物冠層光分布動畫合成方法，其特徵是，該方法包括以下步驟: S1:採集作物冠層形態數據並建立作物冠層幾何模型； 52:計算所述作物冠層幾何模型的面元的天空可見率； 53:在步驟S2的基礎上計算所述面元的光強； 54:通過所述面元的光強計算設定時刻所述作物冠層關鍵幀上面元的顏色，進而實現作物冠層光環境的動畫效果。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，所述步驟S3具體為: 531:計算設定時刻作物冠層外部的直射光和作物冠層外部的散射光； 532:通過所述作物冠層 外部的直射光計算冠層內面元上的直射光； 533:通過所述作物冠層外部的散射光和面元的天空可見率計算冠層內面元上的散射光; 534:通過所述面元上的直射光和面元上的散射光得到面元的光強。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵是，所述作物冠層外部的直射光的計算公式為:
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵是，所述作物冠層外部的直射光的計算公式為: Rfifust'= R1(J-P) 其中: Rf1激為i時刻的作物冠層外部的散射光。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵是，所述面元上的直射光的計算公式為: /f = Af cri X COS 6 ； 其中: /f為i時刻的第k個面元上的直射光； 為i時刻的第k個面元法向與直射光入射方向的夾角。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵是，所述面元上的散射光的計算公式為:Ffk = Rffme X rk 其中: 人/為i時刻的第k個面元上的散射光； rk為第k個面元上的天空可見率。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵是，所述面元的光強的計算公式為:
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，所述實現作物冠層光環境的動畫效果具體為:通過顏色插值來實現作物冠層光環境動畫效果。
全文摘要
本發明公開了作物光合作用技術領域，特別涉及作物冠層光分布動畫合成方法。本發明首先採集作物冠層數據並建立作物冠層幾何模型；然後計算了作物冠層幾何模型中面元的天空可見率；進而計算了面元的光強；最後通過所述面元的光強計算設定時刻所述作物冠層關鍵幀中面元的顏色，進而實現作物冠層光環境的動畫效果。本發明可以直接用於動畫生成，準確反映了作物冠層內光環境的變化情況；實現了作物冠層內光分布隨著外部光環境實時變化的實時動畫效果，為農業研究者進一步對作物的研究工作提供便利。
文檔編號G06T13/00GK103106678SQ20131001989
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者溫維亮, 肖伯祥, 郭新宇, 陸聲鏈, 王冉 申請人:北京農業信息技術研究中心