用于有限元分析的植物分支结构程序化体积建模

精准农业、智能育种和农业机器人需要准确且自动化的植物建模。这些模型提供植物结构的高保真三维（3D）表示。它们为水分和养分运输、光截获、结构载荷和作物倒伏的模拟提供了几何基础。与静态植物建模流程不同，程序化建模框架不仅能生成准确的3D植物几何形状，还支持作物多样性的生成建模和植物生长的动态建模。虽然地面激光扫描、LiDAR、摄影测量和基于神经重建的方法使3D植物重建成为可能，但所得数据通常是点云形式，无法直接用于高保真模拟。我们提出了一种用于植物分支结构的自动化体积程序化建模框架，该框架可从输入骨架或3D点云生成适用于分析的六面体网格。输入骨架首先被转换为捕获植物分支拓扑的根图表示。然后，每个图边由一条平滑的中心线B样条曲线表示，并围绕其构建圆柱形张量积B样条体积。在每个连接点，入射的B样条体积控制格通过混合操作连接。评估生成的体积参数化以生成整个植物的平滑且一致的六面体网格。我们在三个不同的植物数据集（即绿豆、番茄和核桃树）上演示了该框架，生成了具有均匀和空间变化分支半径的网格。该框架还支持适用于植物生长建模的动态网格生成，通过局部更新新添加的分支而无需重建整个植物几何形状。