三維激光掃描技術的日趨成熟和掃描設備的廣泛普及,使其成為三維建模的重要數(shù)據(jù)獲取途徑,也是計算機圖形學、數(shù)據(jù)處理領域的研究熱點問題。針對不同領域的應用,研究人員提出了許多有效的解決方法,主要體現(xiàn)在點云曲面、基于點的建模,點云數(shù)據(jù)處理、特征提取、網(wǎng)格重建誤差分析等幾個方面。

在農(nóng)業(yè)領域中，植物是虛擬現(xiàn)實領域的重要建模對象之一,特別是在計算機圖形學領域和虛擬農(nóng)業(yè)領域的應用中,對植物對象的真實感建模提出了更高的要求。植物的三維建模是虛擬植物的基礎,如何快速、準確、有效地獲取植物的三維空間信息,成為植物三維建模首要解決的問題。

現(xiàn)狀與困難

現(xiàn)有的植物對象建模方法大多基于手工測量數(shù)據(jù)和數(shù)字設計的手段，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術速度慢、精度低,在真實感上已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代數(shù)字植物的建模要求。而三維激光掃描測量技術克服了傳統(tǒng)測量技術的局限性,采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù),能夠?qū)θ我馕矬w進行掃描,且沒有晝夜的限制,快速將現(xiàn)實中的目標靜態(tài)結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)。它具有掃描速度快、實時性強、精度高、主動性強、全數(shù)字特征等特點,可以極大地節(jié)約時間,而且使用方便,其輸出格式多可直接在Polyworks、 Geomagic等軟件中進行后期分析,因此,將三維激光掃描技術引入植物建模應用中,為植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)三維重建提供了一個全新有效的方法。

 技術優(yōu)勢

(一)技術特點

隨著三維激光掃描技術的出現(xiàn),結(jié)合分析軟件,可以通過三維點云數(shù)據(jù)快速保存被調(diào)植被的各方面信息,在這個信息基礎上,可以方便提取植物樹冠、胸徑等數(shù)據(jù),方便進行農(nóng)作物數(shù)據(jù)分析和保存,通過軟件自動化提取參數(shù)的模塊,可以大批量、高效率的獲取所需要的數(shù)值,相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集手段來說,可以做到既快又準,而且在獲取某些植被的關鍵參數(shù)上,也不用砍伐樹木來獲取植被信息了,保證了生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展,將農(nóng)業(yè)調(diào)查對環(huán)境的傷害程度降到。

(二)設備概況

Go!SCAN 3D 是快速、用戶友好型手持式 3D 掃描儀。設計用于掃描任何物體，無需安裝，可高質(zhì)量地采集紋理和幾何形狀，色彩豐富，細節(jié)精致。可以用于采集農(nóng)作物的顏色，而且無需貼點就可以完成掃描，精度達到0.05mm。

而對于更高精度要求的農(nóng)作物掃描，我們推薦工業(yè)級的handyscan black，HandySCAN 3D 始終可實現(xiàn)精 確測量，同時提供高分辨率和可追蹤結(jié)果。以動態(tài)參考為特點，掃描儀 和部件都可在測量期間移動，且依可以確保掃描高質(zhì)量，精度：0.025 mm。

 （三）解決方案

三維激光掃描在農(nóng)作物業(yè)研究中的應用廣泛,根據(jù)不同的需求可以生成相應的成果。主要工作流程包括以下幾個步驟

1.在實施具體掃描計劃之前,需要制定嚴密的掃描方案,根據(jù)數(shù)據(jù)采雋的精度要求和被掃描物體現(xiàn)壢環(huán)境,確定掃描路線、掃描站

數(shù)、儀器架站位置、掃描密度選擇

2.數(shù)據(jù)獲取,包括三維點云數(shù)據(jù)采集和紋理信息的獲取。

3.點云數(shù)據(jù)預處理,主要包括點云的去噪,配住和點云著色,導出真彩色點云數(shù)據(jù),后期成果應用于展示,包括植株高度、胸徑等關

鍵因子采集,植點云數(shù)據(jù)存檔。

應用案例

1、整片小麥農(nóng)作物的掃描，用于分析生長周期：

2、單株植物的數(shù)據(jù)采集，并在植被軟件中對長勢進行整體分析

3、單株作物的高精度掃描，進行數(shù)據(jù)存檔，或者用于AR展示

結(jié)論

通過三維激光掃描儀野外掃描獲取樣木三維空間信息及影像數(shù)據(jù),并由相應軟件室內(nèi)量取樣木任意高直徑,其測量精度完全前能夠達到農(nóng)業(yè)作物的數(shù)據(jù)采集 ,可信度更高。點云數(shù)據(jù)不光可用于提取尺寸,也可提供其他如生物量、樹干相對位置和葉面積指數(shù),進而實現(xiàn)高效、大數(shù)量、大范圍的數(shù)據(jù)采集,這樣做在地域上具有很強的針對性,量體裁衣,保證了數(shù)據(jù)的高精度,付諸于生產(chǎn)實踐,對建立現(xiàn)代農(nóng)業(yè)資源研究改進具有重要的現(xiàn)實意義