(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 202210911407.4 (22)申请日 2022.07.30 (71)申请人 烟台大学 地址 264003 山东省烟台市莱山区清泉路 30号 (72)发明人 刘兆伟　卢喜郎　王莹洁　马元庆　 秦华伟　阎维青　王慎强　 (74)专利代理 机构 烟台双联专利事务所(普通 合伙) 37225 专利代理师 吕静 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/762(2022.01)G06V 10/774(2022.01) G06V 10/82(2022.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于点体素的实景树木三维模型重建 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于点体素的实景树木 三维模型重建方法， 其特征在于， 方法包括： S100、 数据采集， 采集真实场景中树木的点云数 据， 并进行预处理， 去除树叶点云； S200、 枝干分 割， 利用训练好的基于点体素的神经分解网络对 树木点云进行特征提取， 预测每个点所属枝干簇 的编号， 分割枝干点云； S300、 骨架提取， 从每一 个枝干点云中提取骨架结构， 并将所有骨架连接 为完整的树骨架； S400、 程序建模， 基于提取的树 骨架结构拟合圆柱体生成树模型， 添加树皮和树 叶纹理贴图完整树木模型重建。 本发 明的一种基 于点体素的实景树木三维模型重建方法， 能够实 现对真实场景中树木进行三维模型重建。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115423931 A 2022.12.02 CN 115423931 A 1.一种基于点体素的实景树木三维模型重建方法， 其特 征在于， 该 方法包括： S100、 点云采集， 提取真实场景中的树木点云数据,并进行点云预处理， 过滤叶子点云， 保留枝干点云； S200、 枝干分割， 利用训练好的基于点体素的网络对S100所获得的枝干点云进行特征 提取及融合， 预测出每 个点云所属的簇编号， 分割出每一个枝干点云； S300、 骨架提取， 从每一个枝干点云中提取骨架结构， 并将所有骨架连接为完整的树骨 架； S400、 程序建模， 基于提取的骨架结构拟合圆柱体生成树模型， 添加树皮和树叶纹理贴 图完整树木模型重建。 2.如权利要求1所述的一种基于点体素的实景树木三维模型重建方法， 其特 征在于， 所述S100的点云采集， 包括： S101、 使用SFM方法采集 树木的稀疏点云； S102、 为保证S200的枝干分割质量， 通过pointNet++网络作为过滤器， 将树木点云中的 枝干点云和叶子点云分为两个簇， 从中过滤掉叶子点云， 随后使用DBSCAN聚类方法继续过 滤离群点和噪音， 完成树木点云的预处 理， 保留枝干点云。 3.如权利要求1所述的一种基于点体素的实景树木三维模型重建方法， 其特 征在于， 所述S200的枝干分割， 包括： S201、 使用程序建模方法创建树模型文件， 通过对模型文件表面提取点获得树点云文 件， 手动分割每组枝干点云， 将处 理好的树木点云数据作为模型训练数据集； S202、 创建基于点体素的神经分解网络， 使用S201得到的模型训练数据集在基于点体 素的神经分解网络上进行训练， 得到训练好的神经分解网络； S203、 使用训练好的神经分解网络分割S100保留的枝干点云数据， 神经分解网络中基 于点云的网络提取枝干点云的单点特征， 基于体素 的网络提取枝干点云的局部特征， 将点 云的单点特征和局部特征进行融合， 预测每个点所属的簇编号， 得到一个具有多个簇的集 合{(p,b)i}， 其中p表示 点云， b表示 点云所属的簇编号， 完成枝干分割。 4.如权利要求1所述的一种基于点体素的实景树木三维模型重建方法， 其特 征在于， 所述S300的骨架提取， 包括： S301、 对S200分割出的每一个枝干点云使用L中值方法提取枝干截面的中心点， 形成单 个枝干骨架； S302、 将提取的枝干骨架按照欧式距离与基于角度的优化策略进行连接， 获得完整的 树骨架结构。 5.如权利要求 4所述的一种基于点体素的实景树木三维模型重建方法， 其特 征在于， S302的骨架连接方法具体为： 在获取单个枝干骨架后， 通过主干的每个节点与支干的 根节点的欧式距离初步选择连接点， 此时基于支干末端两个节点的方向进行优化连接点， 从初始连接点开始向主干两个方向移动， 每次判断连接点与支干末端两点形成的夹角， 并 根据夹角优化移动方向和距离， 当三点夹角大于170度小于190度时， 确定当前主干连接点 为最终的连接点， 重复以上步骤直至所有 枝干骨架都被连接 到树骨架。 6.如权利要求1所述的一种基于点体素的实景树木三维模型重建方法， 其特 征在于， 所述S400的程序建模， 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115423931 A 2S401、 基于从S300提取的树骨架结构拟合圆柱体； 首先对树原始点云构建kd树数据结 构， 以加快搜索速度， 从树骨架结构的根节点开始搜索， 基于骨架节点pi从原始树点云中搜 索n个最近点， 取均值作为圆柱体的半径 以相邻的两个骨架节点的方向 向量a作为枝干方向， 并以向量a为中心轴旋转获取n个点 坐标， 拟合圆形； S402、 按照异速生长模型和S401所述半径获取方法进行权重分配， 获取其余枝干骨架 的半径并拟合圆柱体， 直至拟合所有圆柱体， 最终生成树 三维模型； S403、 对圆柱体添加树皮纹理， 并基于枝干末端顶点随机方向选择四个点作为树叶纹 理， 并通过参数选择树叶密度和可生成树叶的树枝范围， 生成添加纹 理后的树模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115423931 A 3