(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211232012.8 (22)申请日 2022.10.10 (71)申请人 深圳大学 地址 518060 广东省深圳市南 山区南海大 道3688号 (72)发明人 王伟玺　汤圣君　黄鸿盛　李晓明　 李曜宇　杜思齐　谢林甫　郭仁忠　 (74)专利代理 机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44268 专利代理师 王永文 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06T 19/20(2011.01) G06T 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种多细节层次树木模型单体化重建方法 及装置 (57)摘要 本发明公开了一种多细节层次树木模型单 体化重建方法及装置， 其中包括获取单株树木的 激光点云数据， 基于图论方法建模并通过最短路 径贪心算法生成整体骨架； 对整体骨架进行简化 和平滑处理得到平滑骨架模型； 在 平滑骨架模型 中提取树干骨架、 主要枝干骨架点和细小枝干骨 架点， 并对应生成树干的横截面、 主要枝干和细 小枝干； 对树干的横截面、 主要枝干和细小枝干 分别进行曲线拟合、 圆柱体拟合和三角形拟合， 生成树木几何模 型； 获取单株树木的真实纹理素 材， 将真实纹理素材贴附到树木几何模型上， 得 到树木三维模型并输出。 根据树木枝干的重要 性， 对树干、 主要枝干和细小枝干建立不同建模 精细层级的几何重建， 保证树木三维模型真实感 和轻量化。 权利要求书2页 说明书11页 附图8页 CN 115311418 A 2022.11.08 CN 115311418 A 1.一种多细节层次树木模型 单体化重建方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取单株树木的激光点云数据， 基于图论方法建模 并通过最短路径贪心算法生成整体 骨架； 对所述整体骨架进行简化和平 滑处理得到平 滑骨架模型； 在所述平滑骨架模型中提取树干骨架、 主要枝干骨架点和细小枝干骨架点， 并对应生 成树干的横截面、 主 要枝干和细小 枝干； 对所述树干的横截面、 所述主要枝干和所述细小枝干分别进行曲线拟合、 圆柱体拟合 和三角形拟合， 并生成树木几何模型； 获取所述单株树木的真实纹理素材， 将所述真实纹理素材贴附到所述树木几何模型 上， 得到树木三维模型并输出。 2.根据权利要求1所述的多细节层次树木模型单体化重建方法， 其特征在于， 所述获取 单株树木的激光点云数据， 基于图论方法建模并通过最短路径贪心算法生成整体骨架， 具 体包括： 对所述单株树木进行背包式或站点式激光扫描， 获取所述单株树木的所述激光点云数 据； 基于所述激光 点云数据和基于构造最小生成树 生成所述单株树木的初始骨架； 通过最短路径贪心算法将所述初始骨架连接形成整体骨架。 3.根据权利要求2所述的多细节层次树木模型单体化重建方法， 其特征在于， 所述基于 所述激光 点云数据和基于构造最小生成树 生成所述单株树木的初始骨架的步骤 包括： 在欧几里 得空间中对德劳内三角剖分后的边附加权 重值； 基于树木水分养分运输途径是走所有节点的最短路径理论， 采用狄克斯特拉最短路径 贪心算法对所述 边连接生成所述初始骨架。 4.根据权利要求1所述的多细节层次树木模型单体化重建方法， 其特征在于， 所述对所 述整体骨架进行简化和平 滑处理得到平 滑骨架模型的步骤 包括： 根据所述整体骨架的顶点和边的权 重值去除冗余的所述顶点和短边； 根据所述顶点的相似度将所述顶点和所述短边 合并； 根据埃尔米特三 次样条曲线算法可以对骨架进行平滑 处理， 对所述整体骨架上的边进 行插值得到所述平 滑骨架模型。 5.根据权利要求1所述的多细节层次树木模型单体化重建方法， 其特征在于， 所述对所 述树干的横截面、 所述主要枝干和所述细小枝干分别进行曲线拟合、 圆柱体拟合和 三角形 拟合， 并生成所述 树木几何模型的步骤 包括： 获取所述细小 枝干的半径， 去除所述半径小于预设的半径数值的所述细小 枝干； 对所述主要枝干和所述细小枝干进行圆柱体拟合， 其中对所述细小枝干采样三个点构 建三角网格模型并进行圆柱体拟合。 6.根据权利要求1所述的多细节层次树木模型单体化重建方法， 其特征在于， 所述对所 述树干的横截面、 所述主要枝干和所述细小枝干分别进行曲线拟合、 圆柱体拟合和 三角形 拟合， 并生成所述 树木几何模型的步骤 还包括： 对所述树干的骨架点进行K近邻聚类， 将每层聚类点向其主轴方向投影到二维平面并 采用B‑样条进行曲线拟合， 根据曲率大小加权采样点。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115311418 A 27.根据权利要求1所述多细节层次树木模型单体化重建方法， 其特征在于， 所述将所述 真实纹理素材贴附到所述 树木几何模型 上的步骤 还包括： 在所述树木几何模型的枝干末端随机生成树叶三角网格模型， 将所述真实纹理素材对 应贴附到所述 树叶三角网格模型 上。 8.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质存储有一个或者 多个程序， 所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行， 以实现如权利要求1～7 任意一项所述的一种多细节层次树木模型 单体化重建方法中的步骤。 9.一种多细节层次树木模型 单体化重建装置， 其特 征在于， 包括： 第一获取模块， 用于获取单株树木的激光点云数据， 基于 图论方法建模并通过最短路 径贪心算法生成整体骨架； 简化模块， 用于对所述整体骨架进行简化和平 滑处理得到平 滑骨架模型； 提取模块， 用于在所述平滑骨架模型中提取树干骨架、 主要枝干骨架点和细小枝干骨 架点， 并对应生成树干的横截面、 主 要枝干和细小 枝干； 拟合模块， 用于对所述树干的横截面、 所述主要枝干和所述细小枝干分别进行曲线拟 合、 圆柱体拟合和三角形拟合， 并生成树木几何模型； 第二获取模块， 用于获取所述单株树木的真实纹理素材， 将所述真实纹理素材贴附到 所述树木几何模型 上， 得到树木三维模型并输出。 10.一种终端设备， 其特征在于， 包括： 处理器、 存储器及通信总线;所述存储器上存储 有可被所述处 理器执行的计算机可读程序； 所述通信总线实现处 理器和存 储器之间的连接通信； 所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1 ‑7任意一项所述的多细节层 次树木模型 单体化重建方法中的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115311418 A 3