【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字化应用，特别涉及到一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法。
技术介绍
1、风景园林工程信息
最关键的工作就是搭建符合园林专业需求的园林乔木模型，需要满足以下要求：风景园林工程中乔木品种较多，乔木模型需要准确表达不同品种乔木的树形树姿；风景园林工程中乔木规格不同，需要体现同一品种乔木的不同规格；风景园林工程中乔木数量庞大，需控制单个乔木模型的字节大小，以此控制风景园林工程总体模型的大小。
2、在现有技术中，主要有两种途径进行园林乔木仿真模型的搭建：一、采用rhino、sketchup、3dmax等三维建模软件按照乔木形态手动建立乔木模型，建立完成后模型的大小、形状和空间位置无法通过参数控制，一旦需要调整就必须重新进行建模，无法形成多种乔木品种和规格；二、采用speedtree、plantfactory等软件搭建模型。这些软件内嵌了固定的、无法按照国内乔木生长规律和树形树姿进行调整的生长公式。并且，这类乔木模型包含的树冠叶片和树干枝条的细节过多，单个模型的字节数值过大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，用于搭建一种园林乔木轻量化仿真模型。本专利技术的方法属一种用于园林乔木轻量化仿真模型的参数化搭建方法，可用于对乔木每一个组成部分进行参数化控制，搭建任何一个品种、规格、树形的园林乔木仿真模型，并进行轻量化压缩，是一种全新的乔木模型搭建方法，对全面提高风景园林工程信息技术应用有显著
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术专利提供的技术方案如下：
3、一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，该方法用于建立园林乔木轻量化仿真模型，基于rhino平台运行，利用grasshopper语言编译实现，园林乔木轻量化仿真模型由枝干、树冠和根部土球的表皮mesh模型组成，其具体包括如下步骤：
4、第一步，建立树干几何模型体块：在rhino平台上先绘制出一个模型点作为乔木主干的基点，将基点抬升设定高度成为乔木主干的顶点，连接顶点与基点形成主干中轴线，将顶点与基点之间的高度设定为主干高度参数h1；根据乔木主干半径，沿主干中轴线生成圆柱体，代表乔木主干的几何模型体块，设定其半径为主干半径参数d1；
5、第二步，建立主枝几何模型体块：根据乔木主枝数量，在中轴线上提取相应数量的点作为主枝基点，将主枝数量设定为参数n1；以主干顶点为圆心生成水平圆，作为主枝顶点的布局控制圆，设定其半径为半径参数d1；将控制圆按照乔木主枝数量划分成n1个圆弧，在每一段圆弧中随机提取一个点作为主枝顶点的水平投影点；将水平投影点抬升设定高度成为主枝顶点，连接主枝基点和主枝顶点形成主枝中轴线，将水平投影点和顶点之间的最大高度设定为主枝高度参数h2；根据乔木主枝半径，沿主枝中轴线生成圆柱体，代表乔木主枝的几何模型体块，设定其半径为主枝半径参数d2；
6、第三步，建立次枝几何模型体块：重复第二步中乔木主枝的搭建逻辑，设定每一根主枝上的次枝数量参数n2，次枝顶点最大高度数值参数h3，从主枝中轴线上生成次枝基点和次枝顶点，连接次枝基点和次枝顶点形成次枝中轴线，根据乔木次枝半径，沿次枝中轴线生成圆柱体，代表乔木次枝的几何模型体块，设定其半径为次枝半径参数d3；
7、第四步，融合枝干几何模型体块：先集合代表乔木主干、主枝、次枝的圆柱体几何模型体块，将所有体块进行并集运算，只保留枝干几何模型体块的最大外壳表皮mesh模型，减少网格的数，实现轻量化压缩，设目标面数参数m1；
8、第五步，建立叶片丛几何模型体块：根据不同品种乔木叶片丛的形态区别，绘制三个不同高度的同轴控制圆，对三个控制圆进行放样形成一个完整的球形、卵形或伞形几何体，代表乔木叶片丛的几何模型体块，设定上、中、下三个控制圆的半径参数为d2、d3和d4，上、中控制圆的间距参数l1，中、下控制圆的间距参数l2，利用一个叶片丛几何模型体块来代替多个叶片以降低模型大小；
9、第六步，建立树冠几何模型体块：提取主枝顶点上与主枝中轴线相垂直的平面、次枝顶点上与次枝中轴线相垂直的平面plane，以叶片丛几何模型体块的控制中圆的圆心为基点，将叶片丛几何模型体块放置于每一个提取出的平面plane上；按照不同乔木的树冠整体形态对部分叶片丛几何模型体块进行缩放和位移，最终组合成完整的树冠几何模型体块，设定产生变化的叶片丛比例参数n3、移动参数l3和缩放参数s；
10、第七步，融合树冠几何模型体块：集合所有叶片丛几何模型体块，将所有体块进行并集运算，只保留叶片丛几何模型体块的最大外壳表皮mesh模型，减少网格的数量实现轻量化压缩，设目标面数参数m2；
11、第八步，建立根部土球几何模型体块：以乔木主干的基点为圆心向下生成圆柱，代表乔木根部土球的几何模型体块，设定土球半径参数d4、深度数值参数h4，以圆柱体代表乔木根部土球的几何模型体块；
12、第九步，将枝干、树冠和根部土球的几何体块组合在一起，形成园林乔木轻量化仿真模型。
13、第二步中，识别乔木主干中轴线，以10公分一段等距均分生成n1个点，输入乔木主枝数量参数n1，从n1个点中随机抽取n1个点作为乔木主枝的基点。
14、第二步中，通过抽取不同位置的主枝基点形成不同的乔木干形，主枝基点全部靠近主干顶点时，乔木模型呈有中心干形；主枝基点均匀散置于主干中轴线上时，乔木模型呈无中心干形。
15、第二步中，设定半径参数d，自动识别乔木主干顶点，以之为圆心生成主枝顶点的水平布局控制圆，所有主枝顶点的水平投影点都位于控制圆上，控制圆的半径参数d小于树冠，但与乔木树冠半径d呈正相关，公式为d＝d*x，当x为0.5～0.7时，乔木主枝朝向主干向内收拢，乔木模型呈伞形，当x为0.7～0.9时，乔木主枝背离主干向外扩展，形成的乔木模型呈球形或卵形。
16、第二步中，识别主枝顶点的水平布局控制圆，按照主枝数量n1将控制圆均分为n1个等长的圆弧，在每一个圆弧段上以10公分一段等距均分，生成n2个点，从每一段圆弧的n2个点中随机抽取1个点，共计n1个点作为主枝顶点的水平投影点，保证主枝的顶点能分布于控制圆上的不同圆弧段中，使其无法聚集在一起形成偏冠。
17、第二步中，识别主枝顶点的水平投影点，设定主枝高度参数h2作为最大值，在最大值范围内随机提取n1个高度数值，将水平投影点抬升为三维空间中的主枝顶点，n1个主枝顶点高度不同，形成主枝高低错落的造型。
18、第四步中，选中所有代表乔木主干、主枝、次枝的圆柱体几何模型体块，引入体块并集运算函数solid union，去除所有几何模型体块内部形成的差集部分，只保留一个完整的最大外壳，形成枝干表皮mesh模型，模型网格面数在15000以上，引入mesh网格面重建函数quad remesh，将重建网格的目标面数设为500，减少网格的面数，实现模型的轻量化压缩。
19、第五步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，该方法用于建立园林乔木轻量化仿真模型，基于Rhino平台运行，利用Grasshopper语言编译实现，园林乔木轻量化仿真模型由枝干、树冠和根部土球的表皮mesh模型组成，其具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，识别乔木主干中轴线，以10公分一段等距均分生成n1个点，从n1个点中随机抽取N1个点作为乔木主枝的基点。
3.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，通过抽取不同位置的主枝基点形成不同的乔木干形，主枝基点全部靠近主干顶点时，乔木模型呈有中心干形；主枝基点均匀散置于主干中轴线上时，乔木模型呈无中心干形。
4.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，设定半径参数d，识别乔木主干顶点，以之为圆心生成主枝顶点的水平布局控制圆，所有主枝顶点的水平投影点都位于控制圆上，控制圆的半径参数d小于树冠，但与乔木树冠半径D呈正相关，公式为d＝D*x，当x为0.5
5.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，识别主枝顶点的水平布局控制圆，按照主枝数量N1将控制圆均分为N1个等长的圆弧，在每一个圆弧段上以10公分一段等距均分，生成n2个点，从每一段圆弧的n2个点中随机抽取1个点，共计N1个点作为主枝顶点的水平投影点，保证主枝的顶点能分布于控制圆上的不同圆弧段中，使其无法聚集在一起形成偏冠。
6.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，识别主枝顶点的水平投影点，设定主枝高度参数H2作为最大值，在最大值范围内随机提取N1个高度数值，将水平投影点抬升为三维空间中的主枝顶点，N1个主枝顶点高度不同，形成主枝高低错落的造型。
7.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第四步中，选中所有代表乔木主干、主枝、次枝的圆柱体几何模型体块，引入体块并集运算函数Solid Union，去除所有几何模型体块内部形成的差集部分，只保留一个完整的最大外壳，形成枝干表皮mesh模型，模型网格面数在15000以上，引入mesh网格面重建函数QuadRemesh，将重建网格的目标面数设为500，减少网格的面数，实现模型的轻量化压缩。
8.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第五步中，将乔木整体树冠视为多个叶片丛的组合，引入Loft运算函数对三个控制圆进行放样融合，形成一个完整的球形、卵形或伞形几何体，代表乔木叶片丛的几何模型体块，乔木叶片丛和树形一样，也分为不同形状，设定上、中、下三个控制圆的半径参数为d2、d3和d4，上、中控制圆的间距参数l1，中、下控制圆的间距参数l2，分别输入上、中、下三个控制圆的半径参数d2、d3、d4，当l1＝l2且d3＝l2时，叶片丛接近球形；当l1＝l2且d3<l2时，叶片丛接近卵形；当l1<l2且l2<d3时，叶片丛接近伞形。
9.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第六步中，选中所有的主枝、次枝中轴线，引入Perp Frame运算函数，提取主枝顶点上与主枝中轴线相垂直的平面、次枝顶点上与次枝中轴线相垂直的平面Plane，引入Orient运算函数，以叶片丛几何模型体块的控制中圆的圆心为基点，将叶片丛几何模型体块放置于每一个提取出的平面Plane上，并使所有叶片丛几何模型体块的延伸方向能与主枝、次枝中轴线的方向一致，符合叶片生长规律。
10.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第六步中，不同品种乔木叶片丛的大小和分布位置不同，统计所有叶片丛几何模型体块的数量，乘以变化比例参数N3，随机提取会产生变化的叶片丛几何模型体块，设定缩放参数s，引入Scale运算函数，以叶片丛几何模型体块的控制中圆的圆心为基点进行整体缩放，设定移动参数l3，保证叶片丛几何模型体块的延伸方向不变，沿着叶片丛所在的主枝中轴线或次枝中轴线进行位移，当0.5<N3<1时，变化的叶片丛较多，整个树冠的形态接近中心不对称；当0<N3<0.5时，变化的叶片丛较少，整个树冠的形态接近中心对称，变化的叶片丛数量确定后，进行缩放和位移，当0.5<s<1且0<l2<l3时，变化的叶...
【技术特征摘要】
1.一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，该方法用于建立园林乔木轻量化仿真模型，基于rhino平台运行，利用grasshopper语言编译实现，园林乔木轻量化仿真模型由枝干、树冠和根部土球的表皮mesh模型组成，其具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，识别乔木主干中轴线，以10公分一段等距均分生成n1个点，从n1个点中随机抽取n1个点作为乔木主枝的基点。
3.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，通过抽取不同位置的主枝基点形成不同的乔木干形，主枝基点全部靠近主干顶点时，乔木模型呈有中心干形；主枝基点均匀散置于主干中轴线上时，乔木模型呈无中心干形。
4.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，设定半径参数d，识别乔木主干顶点，以之为圆心生成主枝顶点的水平布局控制圆，所有主枝顶点的水平投影点都位于控制圆上，控制圆的半径参数d小于树冠，但与乔木树冠半径d呈正相关，公式为d＝d*x，当x为0.5～0.7时，乔木主枝朝向主干向内收拢，乔木模型呈伞形，当x为0.7～0.9时，乔木主枝背离主干向外扩展，形成的乔木模型呈球形或卵形。
5.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，识别主枝顶点的水平布局控制圆，按照主枝数量n1将控制圆均分为n1个等长的圆弧，在每一个圆弧段上以10公分一段等距均分，生成n2个点，从每一段圆弧的n2个点中随机抽取1个点，共计n1个点作为主枝顶点的水平投影点，保证主枝的顶点能分布于控制圆上的不同圆弧段中，使其无法聚集在一起形成偏冠。
6.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第二步中，识别主枝顶点的水平投影点，设定主枝高度参数h2作为最大值，在最大值范围内随机提取n1个高度数值，将水平投影点抬升为三维空间中的主枝顶点，n1个主枝顶点高度不同，形成主枝高低错落的造型。
7.根据权利要求1所述的一种园林乔木轻量化仿真模型的搭建方法，其特征在于，第四步中，选中所有代表乔木主干、主枝、次枝的圆柱体几何模型体块，引入体块并集运算函数solid union，去除所有几何模型体块内部形成的差集部分，只保留一个完整的最大外壳，形成枝干表皮mesh模型，模型网格面数在15000以上，引入mesh网格面重建函数quadremesh，将重建网格的目标面数设为500，减少网格的面数，实现模型的轻量化压缩。
8.根据权利要求1所述的一种园林...
【专利技术属性】
技术研发人员：董则奉，张心宇，邓立军，张朱虹，张立平，
申请(专利权)人：上海园林集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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