淺析可視化技術(shù)對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

衣霞

摘 要：影子作為小麥的重要視覺(jué)特征，在提高作物場(chǎng)景的保真度方面起著重要作用。分析了現(xiàn)有陰影算法的適用性，針對(duì)小麥陰影圖像出現(xiàn)斑點(diǎn)的現(xiàn)象，提出了深度偏移方法。將傳統(tǒng)的陰影映射方法與軟陰影法進(jìn)行對(duì)比，研究小麥陰影的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：小麥;軟陰影;可視化

文章編號(hào)：1004-7026（2019）02-0111-01? ? ? ? ?中國(guó)圖書分類號(hào)：S126;S512.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1? 陰影的概念

當(dāng)不透明的物體遮擋住光源時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)陰影。不透明的物體被稱作屏蔽物，陰影遮住的物體為接受器。當(dāng)一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)在虛擬場(chǎng)景中時(shí)，它會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)中的其中一種，即陰影中和陰影外，所表明的是硬陰影?，F(xiàn)實(shí)生活中的陰影是實(shí)際陰影，也就是軟陰影，即接收器總是被特定位置的部分光源照亮。計(jì)算機(jī)生成的軟陰影來(lái)自光源、體積光源或者是多種其他光源，表達(dá)出的視覺(jué)效果比硬陰影更強(qiáng)烈[1]。

2? 基于模型的小麥形態(tài)可視化

本文所研究的小麥器官的幾何模型，主要來(lái)源于現(xiàn)有的小麥生長(zhǎng)可視化系統(tǒng)模型。小麥生長(zhǎng)系統(tǒng)模型和參數(shù)調(diào)試模型的可視化，有利于模型輸出結(jié)果和管理決策，模擬不同條件下小麥生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)和可視化表達(dá)。小麥葉片的形狀特征和曲線決定了小麥葉片的幾何形狀。NURBS曲面用于小麥葉片的建模，NURBS曲線可以模擬葉鞘，護(hù)套的直徑和長(zhǎng)度決定了NURBS表面控制點(diǎn)的坐標(biāo)。小穗由外鼓、芒和花藥組成，小麥品種的主要參數(shù)是割粒數(shù)和穗徑。

3? 真實(shí)感圖形顯示技術(shù)

模擬作物器官以及其表面的細(xì)節(jié)，可以通過(guò)作物器官形態(tài)的可視化進(jìn)行。因此，在建立小麥器官三維幾何模型后，有必要采用圖形顯示技術(shù)，處理小麥器官的幾何模型，如顯色、紋理映射、光照渲染、陰影渲染等，生成真實(shí)的器官圖形。目前，相關(guān)人員的研究方向是模擬作物的生產(chǎn)過(guò)程是否準(zhǔn)確，作物器官形態(tài)可視化的使用比較少[2]。

通過(guò)顯色技術(shù)，研究小麥形態(tài)模型，真實(shí)地展示小麥葉片的生長(zhǎng)情況和穗狀花序的動(dòng)態(tài)，根據(jù)在田間收集到的結(jié)果，得出了各種不同條件下器官紋理數(shù)據(jù)。這樣，可以依托小麥形態(tài)可視化模型和組件接口編程技術(shù)，建立一個(gè)小麥器官。這個(gè)器官擁有個(gè)體和群體的視覺(jué)模型，它可以提高小麥生長(zhǎng)可視化系統(tǒng)的工作效率、繼承性和靈活性，還可以在不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境中重用可視化模型組件，為未來(lái)其他糧食作物可視化系統(tǒng)的整合奠定了基礎(chǔ)。

4? 結(jié)束語(yǔ)

光影是影響小麥和其他作物生長(zhǎng)的重要因素，也對(duì)作物的可視化起著關(guān)鍵的作用。在以前，大多數(shù)虛擬小麥可視化的研究主要集中在幾何建模和色彩渲染上，忽略了場(chǎng)景渲染效果的研究，導(dǎo)致虛擬作物的可視化效果不佳[3]?；谔摂M小麥的結(jié)果，對(duì)于不能生成陰影圖案的問(wèn)題，可以通過(guò)深度偏移的方式進(jìn)行解決，使用接近陰影圖案百分比的小麥場(chǎng)景著色器，可以改善真實(shí)虛擬場(chǎng)景柔和陰影的視覺(jué)。

在制作小麥雜交視覺(jué)圖的過(guò)程中，我們要將碰撞檢測(cè)技術(shù)直接應(yīng)用到小麥可視化的過(guò)程中，使用預(yù)先構(gòu)建的體積和邊界體積分層樹(shù)技術(shù)，構(gòu)建不同的器官體積，并在邊界體積分層樹(shù)中構(gòu)建個(gè)體。

分析其他的小麥器官時(shí)，根據(jù)它們的形態(tài)特征和碰撞檢測(cè)結(jié)果，如實(shí)輸入?yún)?shù)，構(gòu)建小麥植物器官的外圍。結(jié)合小麥個(gè)體的形態(tài)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個(gè)分層數(shù)，去除不相關(guān)的器官。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，碰撞檢測(cè)法更為快捷。如果交叉現(xiàn)象過(guò)于頻繁，可以碰撞檢測(cè)出其中的三角形。小穗、桑葚和鞘，很少出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)。個(gè)人和組級(jí)別的碰撞檢測(cè)可以準(zhǔn)確地檢測(cè)碰撞區(qū)域，碰撞響應(yīng)之后，有效地避免了可視化過(guò)程中的器官交叉現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉旭.基于不同預(yù)處理方法的小麥葉片氮素含量的高光譜估測(cè)[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[2]曹蓓蓓.不同品種和栽培條件對(duì)小麥葉片衰老與碳氮平衡的影響[D].咸陽(yáng)：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2017.

[3]張徐洲.小麥葉片雙向反射特性的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2017.