三维扫描技术在农业领域的应用及发展
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3D打印技术在农业领域的应用随着技术的不断进步,3D打印技术逐渐应用于各个领域,其中包括农业。
农业作为国民经济的重要组成部分,也需要不断提升效率和降低成本。
在这个背景下,3D打印技术的应用为农业带来了许多可能性和机遇。
首先,3D打印技术在农业领域可以用来打印农具和工具。
传统上,农民需要购买和维修各种农用工具,这需要耗费时间和金钱。
而通过3D打印技术,农民可以根据实际需求,自己在家中或农田附近打印所需的工具。
这不仅可以节省成本,还能够减少对外界的依赖。
此外,3D打印技术还可以根据具体情况进行定制,使得工具更加符合个体需求,提高工作效率。
其次,3D打印技术可以应用于农产品的种植和养殖。
在农业生产过程中,种植和养殖设备的硬件要求较高。
通过3D打印技术,可以根据具体的种植和养殖需求,打印出相应的设备和器具。
这种定制化的生产方式不仅可以提高效率,还可以降低成本。
例如,农民可以根据土壤的特性打印出适合的播种机,提高作物的播种准确性和生长率;同时,利用3D打印技术可以打印出精确的喂食器和饲料盒,提高养殖效率和动物饲养质量。
另外,3D打印技术还可以应用于农业设施的建设。
现代农业设施包括温室、园艺大棚等,这些设施对于环境温度、湿度等的控制要求较高。
通过3D打印技术,可以根据气候和环境条件打印出适合的农业设施,并可以在建设过程中更加灵活地进行设计和调整。
这样不仅可以提高农作物的生长条件,还能够提高农产品的产量和质量。
此外,3D打印技术还可以应用于农产品的加工和包装。
农产品经过采摘后,需要进行加工和包装才能上市销售。
通过3D打印技术,可以根据不同的农产品特性,打印出相应的加工设备和包装容器。
这样可以提高产品的加工效率和质量,同时也可以降低加工和包装的成本。
此外,通过3D打印技术还可以实现包装容器的个性化设计,提高产品的竞争力。
综上所述,3D打印技术在农业领域的应用带来了诸多好处。
从农具打印到种植和养殖设备定制化,再到农业设施的建设和农产品的加工包装,3D打印技术为农业生产带来了更高效、更经济、更环保的解决方案。
三维扫描技术在农业领域的应用及发展随着科技的不断进步和发展,三维扫描技术在农业领域的应用也日益广泛,为提高农业生产效率、改善农作物种植管理、实现智能农业发挥了重要作用。
本文将从三维扫描技术的基本原理、在农业中的应用和未来发展趋势等方面进行阐述。
一、三维扫描技术的基本原理三维扫描技术是通过激光、摄像头或其他传感器获取物体表面的三维坐标信息,并将其转化为数字模型的一种技术。
在农业中的应用,主要包括植物、土壤、农机设备等物体的三维扫描。
其基本原理主要包括三维扫描仪的工作原理、数据处理和模型建立等环节。
二、三维扫描技术在农业中的应用1. 植物生长监测三维扫描技术能够实时捕捉植物生长的数据和图像,通过分析这些数据可以帮助农民监测植物的生长情况,包括植物的高度、茎粗、叶片数量等信息,为农业生产提供科学依据。
2. 土壤勘测和管理三维扫描技术可以用于对土壤进行三维扫描和勘测,准确获取土壤的质地、密度、含水量等信息。
通过分析这些数据,可以帮助农民科学调整土壤施肥、灌溉和管理措施,提高土壤的肥力和产量。
3. 农机设备设计和维修三维扫描技术可以对农机设备进行精确的三维扫描,为农机设备的设计、制造和维修提供准确的数据支持。
在农业生产中,这对提高农机设备的效率和使用寿命具有重要意义。
4. 农田地形测绘利用三维扫描技术可以对农田的地形、坡度、坡向等进行精确测绘,为农田的规划和管理提供科学依据。
农民可以根据这些数据合理规划农田,选择合适的种植作物或进行合理的排水设计。
5. 智能农业管理三维扫描技术与人工智能、大数据等技术结合,可以实现智能农业管理。
通过对植物、土壤等数据进行分析和处理,结合机器学习算法,为农业生产提供精准的管理和决策支持,大大提高农业生产效率和质量。
1. 高精度化随着传感器技术和数据处理能力的不断提升,三维扫描技术的精度和分辨率将不断提高,可以实现对植物、土壤、农机设备等物体的精准三维扫描。
2. 自动化未来随着人工智能、自动控制技术的发展,三维扫描技术将实现自动化应用,可以实现对农田和农作物的自动监测、管理和调控。
三维测绘技术的发展和应用前景展望随着科技的不断发展,人们对于信息的获取和处理要求越来越高。
而三维测绘技术就是为了满足这种需求而应运而生的一项重要技术。
它通过利用光学、雷达、遥感等技术手段,将物体和场景以三维形式精确地获取和表达出来。
在多个领域中得到广泛应用,如城市规划、农业、建筑、虚拟现实等。
本文将探讨三维测绘技术的发展历程、应用现状以及未来的发展前景。
一、三维测绘技术的发展历程三维测绘技术的起源可以追溯到20世纪50年代初期,当时主要以光学的方法进行测绘。
然而,随着计算机技术的飞速发展,尤其是计算机视觉和遥感技术的进步,为三维测绘技术的发展提供了强大的支持。
计算机视觉技术能够从多个角度对物体进行扫描和重建,而遥感技术则可以通过航空或卫星遥感获取地面的三维信息。
这些技术的不断进步使得三维测绘技术越来越精确和可靠。
二、三维测绘技术的应用现状目前,三维测绘技术已经在多个领域中得到广泛应用。
在城市规划中,三维测绘技术可以帮助规划师们进行城市布局和建筑设计,更好地考虑到地形和地貌的因素。
在农业领域,三维测绘技术可以为农民提供土地利用和肥料施用的指导,从而提高农产品的产量和质量。
在建筑领域,三维测绘技术可以通过扫描建筑物的外观和内部结构,为建筑师和工程师提供更准确的数据,确保工程的安全和可行性。
在虚拟现实领域,三维测绘技术可以模拟出逼真的虚拟环境,为游戏开发和模拟训练提供了基础。
可以说,三维测绘技术在各个领域都起到了重要的作用。
三、三维测绘技术的发展前景三维测绘技术的发展前景非常广阔。
首先,在城市规划中,三维测绘技术可以与智能化系统相结合,为城市规划师提供更加智能的决策支持。
在交通运输领域,三维测绘技术可以通过构建精确的数字地图,提供准确的导航和路径规划。
此外,随着无人机技术的成熟,三维测绘技术可以通过无人机进行更加快速、高效的测绘,为更多领域提供支持。
例如,它可以用于自然灾害的监测和预警,及时发现并应对潜在的灾害风险。
3D打印技术在农业生产中的应用案例随着科技的不断发展,3D打印技术逐渐走进各个领域,包括农业生产。
3D打印技术为农业生产带来了许多创新的解决方案,从改善种植环境到提高生产效率,都取得了显著的成效。
以下将介绍几个3D打印技术在农业生产中的应用案例。
首先,3D打印技术在农业生产中被广泛用于制造特殊的植物生长容器。
农业生产中,植物需要一个合适的环境来生长,以提高产量和品质。
传统的种植容器往往无法满足植物的需求。
通过使用3D打印技术,可以根据植物的需求定制种植容器。
这些容器可以具有特定的形状和孔洞,以优化根系生长,提供合适的通风和灌溉系统。
这种定制化的种植容器可以提高植物对养分和水分的吸收能力,从而提高植物的生长速度和产量。
其次,3D打印技术也可以用于制造农业机械零部件。
农业机械在农业生产中起着至关重要的作用,然而,零部件的寿命往往较短,需要频繁更换。
传统的零部件生产过程耗时且成本较高。
而采用3D打印技术可以快速制造出高质量的零部件,减少更换零部件的时间和费用。
农业机械的维修和保养变得更加方便和经济。
此外,3D打印技术还可以根据机械的特殊要求,优化零部件的设计,提高机械的工作效率和性能。
另外,3D打印技术在农业生产中可以制造出高精度的传感器。
传感器在农业生产中起着监测环境变化和植物健康状况的重要作用。
传统的传感器难以满足种植环境的多样性需求。
通过使用3D打印技术,可以制造出特殊形状的传感器,以适应不同的农业环境。
这些3D打印的传感器可以集成多种功能,如温度监测、湿度监测、土壤含水量监测等,为农民提供了准确的决策依据,确保植物的健康生长。
此外,3D打印技术还可以应用于农业生产中的养殖业。
传统的养殖设备多为泥布或者木质,使用寿命短且易破损,而且无法满足不同养殖动物的特殊需求。
通过使用3D打印技术可以制造出耐用且符合需求的养殖设备。
例如,针对不同动物的笼子、饲料器和水器等。
这不仅改善了养殖环境,提高了养殖效率,而且可以减少养殖业对传统资源的依赖,从而达到可持续发展的目标。
三维激光扫描技术的应用进展三维激光扫描技术是一种利用激光器产生的高能光束对目标进行快速、高精度三维扫描的先进技术。
近年来,随着激光扫描仪器和数据处理技术的不断进步,三维激光扫描技术在各个领域得到了广泛应用,并取得了一系列重要进展。
一、应用进展1.建筑工程三维激光扫描技术在建筑工程领域的应用已经非常广泛。
通过激光扫描仪器可以快速、精确地获取建筑物的三维模型,它可以被用来进行建筑物的结构监测、变形分析、维护管理等工作。
同时在文物保护和修复方面也有很大的应用价值,可以对古建筑等进行数字化保护和修复。
2.工业制造在工业制造领域,三维激光扫描技术主要应用于产品设计、工艺分析、测量检测等方面。
通过激光扫描技术可以快速获取产品的三维数据,比传统的测量方法更准确、更高效。
同时在汽车制造、航空航天等领域也有广泛的应用,可以用来进行零部件的质量检测、装配工艺优化等工作。
3.地质勘探在地质勘探和矿产资源调查领域,三维激光扫描技术可以被用来进行地形地貌的三维测绘、地质构造的分析等工作。
这种技术能够极大地提高勘探和调查的效率,可以帮助勘探者更好地理解地下资源分布情况,为矿产勘探提供更准确的数据支持。
4.文化遗产保护在文化遗产保护领域也有广泛的应用。
利用三维激光扫描技术可以对文物、古迹等进行数字化的保护和重建,为保护文化遗产提供了有力的工具。
例如紫禁城、敦煌石窟等文物古迹都已经采用了三维激光扫描技术进行数字保护和修复。
二、技术发展趋势1.精度和速度的提高随着传感器技术、数据处理技术的不断进步,三维激光扫描技术的精度和速度将会不断提高。
将会出现更加精确、更加高效的激光扫描仪器,可以满足更多领域的需求。
2.应用领域的扩展随着技术的不断进步,三维激光扫描技术将会在更多的领域得到应用,比如医疗影像、农业测绘、海洋资源调查等领域都有巨大的应用潜力。
三维激光扫描技术将逐渐成为各个领域的重要工具。
3.智能化应用随着人工智能技术的不断发展,将会出现更智能化的激光扫描系统,可以自动识别目标、自动规划扫描路径、自动处理数据等功能,大大提高了激光扫描技术的智能化水平。
植物根系形态结构的三维成像技术及其在资源利用研究中的应用植物的根系是其生存和发展的重要基础,在植物学和农业领域的研究中具有重要意义。
随着科技的发展,越来越多的研究者开始关注植物根系的形态结构,尝试使用先进的成像技术来研究植物根系的结构和功能。
近年来,三维成像技术的应用已经成为研究植物根系的重要手段之一。
本文将介绍三维成像技术在植物根系研究领域中的应用现状和前景,以及其在资源利用研究中的重要意义。
一、三维成像技术在植物根系研究中的应用现状1. 数字根系分析技术(DRA)数字根系分析技术(DRA)是一种基于计算机成像的技术,可以对植物根系进行三维成像和分析。
DRA使用高分辨率数字图像来重建根系的三维结构,能够测量其体积、分叉、长度、表面积等参数。
同时,DRA还可以通过模拟光线来预测植物根系的分布和影响,为植物生长和营养吸收提供帮助。
2. 光学显微成像技术(OMI)光学显微成像技术(OMI)是一种基于光学显微镜的技术,可以对植物根系进行大规模的三维成像和分析。
通过在显微镜下将根系进行分层成像,OMI能够在一定范围内获得高分辨率的三维图像。
OMI还可以通过数字化技术将根系形态结构进行数字化处理,进一步分析根系结构的动态变化和生长规律。
3. X射线CT成像技术X射线CT成像技术是一种基于X射线探测器的技术,可以对植物根系进行高分辨率的三维成像和分析。
通过将植物根系置于CT扫描仪中,可以获取其详细的三维形态结构信息。
X射线CT成像技术具有不破坏性的特点,不会影响植物的正常生长和发育,因此被广泛应用于植物根系的研究和分析。
二、三维成像技术在资源利用研究中的应用前景植物根系的形态结构对其生长和营养吸收具有重要影响。
因此,三维成像技术在植物资源利用研究中具有重要意义。
以下是三维成像技术在资源利用研究中的应用前景:1. 植物选择和培育通过对植物根系形态结构的分析和比较,可以筛选出最具生产力和适应力的植物品种,并进行分析和改良。
最新的测绘技术发展趋势与应用前景随着科技的迅猛发展,测绘技术也在不断创新与进步。
传统的测绘方法已经无法满足现代社会的需求,因此,各种新兴的测绘技术不断涌现。
本文将探讨最新的测绘技术发展趋势以及它们的应用前景。
一、三维扫描技术三维扫描技术是近年来测绘界最受关注的技术之一。
通过激光扫描仪或者摄像机等设备,可以将目标物体的三维信息准确地捕捉下来。
这种技术的应用非常广泛,比如在建筑行业中,三维扫描技术可以用于快速建模,用于检验工程质量,用于文物保存等等。
而在地质勘探中,三维扫描技术可以帮助我们更好地了解地下矿产资源的分布情况,实现高效的采矿过程。
二、无人机航测技术随着无人机技术的飞速发展,无人机航测技术成为测绘领域的热门话题。
相比传统的测绘方法,无人机航测技术更加高效、精确。
通过搭载各种测量设备和传感器,无人机可以在短时间内完成大面积范围的测绘工作,并且能够获取到更加详细的数据信息。
无人机航测技术在土地测绘、城市规划、环境监测等领域都有着广泛的应用。
三、遥感技术遥感技术是测绘技术中的一个重要分支。
通过卫星、飞机等载体获取地面信息并进行分析,可以对地球表面进行大范围的观测与监测。
遥感技术在农业、林业、水利等领域的应用非常广泛。
例如,在农业领域,通过遥感技术,可以实现对农作物生长状况、土壤湿度等指标的高效监测,为农民提供农田管理的精细化指导。
四、地理信息系统(GIS)地理信息系统(GIS)是将空间数据与属性数据相结合,建立地理数据库,并进行空间分析和决策支持的技术系统。
随着互联网的普及,地理信息系统的应用得到了极大的推动。
在地理空间信息的快速获取和分析方面,地理信息系统发挥着重要的作用。
它可以用于城市规划、导航系统、资源管理等众多领域。
特别是在智能交通、环境保护和城市管理等方面,地理信息系统的应用前景非常广阔。
总结起来,最新的测绘技术发展趋势主要包括三维扫描技术、无人机航测技术、遥感技术以及地理信息系统。
这些技术在建筑工程、城市规划、资源管理等领域的应用前景非常广阔。
三维激光扫描技术的应用进展一、三维激光扫描技术的基本原理三维激光扫描技术是利用激光束在目标表面上进行扫描,通过测量激光在目标表面的反射,来获取目标表面的空间坐标信息。
其基本原理是利用激光雷达发射激光束,然后通过光电子探测器接收激光束反射回来的信息,进而计算出目标表面的三维坐标。
三维激光扫描技术的主要设备包括激光雷达、光电子探测器和计算机。
激光雷达发射的激光具有很高的方向性和一定的能量,能够准确地照射到目标表面上。
光电子探测器能够精确地接收激光束反射回来的信息,并将其转化为电信号。
计算机则用来处理接收到的信号,并根据激光的探测时间和角度等数据来计算出目标表面的三维坐标信息。
1. 地形测绘在地形测绘领域,三维激光扫描技术已经成为了一种常用的测绘手段。
通过激光雷达对地表进行扫描,可以快速、精确地获取地表的高程和地形信息。
这对于城市规划、自然灾害预警等领域具有重要意义。
三维激光扫描技术还可以应用于水文测量、土壤勘测等方面,为地质勘探和资源评估提供了重要的数据支持。
2. 建筑设计在建筑设计领域,三维激光扫描技术可以帮助设计师快速获取建筑物的三维模型,为设计和规划提供了直观、全面的数据支持。
三维激光扫描技术还可以用于建筑物的结构检测和变形监测,帮助准确定位和研究建筑物的结构状况。
3. 工业制造在工业制造领域,三维激光扫描技术被广泛应用于零件检测、工件加工、产品质量控制等方面。
通过激光扫描可以快速获取零部件的三维尺寸和表面形貌,从而实现零件的快速检测和尺寸测量。
三维激光扫描技术还可以帮助优化工艺流程,提高产品质量和生产效率。
4. 文物保护在文物保护领域,三维激光扫描技术可以帮助文物保护人员对文物进行精确、非接触式的测量和记录。
通过激光扫描可以获取文物的三维模型,为文物的保护、修复和展览提供了重要的数据支持。
三维激光扫描技术还可以用于文物的虚拟展示和数字化存档,为文物的传承和展示提供了新的可能。
随着科技的不断进步,三维激光扫描技术也在不断地得到改进和完善。
三维扫描技术在农业领域的应用及发展作者:马聪张建华陈学东来源:《农业与技术》2019年第12期摘要:三维扫描技术具有数据采样迅速、精确度高、受外界影响小、非接触式测量等优点,在农业领域得到了广泛的应用。
文章从农业机械研究及设计、植物表型研究和动物形态研究3个方面,阐述了三维扫描技术的研究进展,介绍了逆向工程、植物模型构建和动物形态参数提取的研究成果,总结了目前三维扫描技术应用过程中存在数据处理复杂、动物形态研究较少和模型耦合深度不足的问题,并对三维扫描技术的发展趋势进行了展望。
关键词:三维扫描;逆向工程;仿生学;表型研究中图分类号:S-1文獻标识码:ADOI:10.19754/j.nyyjs.20190630001农业数字化与可视化是当前农业研究的主要标志之一,既促进了传统农业向现代农业的转化,也提升了农业研究的深度。
如何实现动植物生长过程的可视化、不受制于播种时节和生长周期来模拟植物的相关生长试验、建立高精度的三维动植物模型、自动获取动植物各参数指标及减少产品研发的试验时间等,是农业领域研究急需解决的问题[1]。
三维扫描是融合了光、机、电和计算机技术于一体的高精度立体扫描技术,将获取的物体表面点云信息转化为计算机可直接处理的信号,重新构建物体的数字化三维模型。
三维扫描技术能够快速、高精度的获取被测物的表面信息,完整的复原物体,被用于文物修复、改造工程规划、变形维修、3D游戏设计及外科整形等。
由于三维扫描技术具有数据采样迅速、精确度高、受外界影响小、非接触式测量等优点,既适用于逆向工程的三维模型高精度重构,也可以用于动植物生长周期的研究分析,因此也是近年来农业领域研究采用的重要技术手段[2]。
1 农业机械研究及设计农业机械化技术水平的提高直接关系到农业的生产收益和发展速度,传统研究及设计多采用手工测绘,易造成研发周期长、废品率高、测量数据不准确及精度低等问题。
随着三维扫描技术的发展,逆向重构作为一种先进的高精度测量技术可用于对农业装备形状的精确测量、反求与重构,国内科研人员及农业技术人员开始采用三维扫描技术进行模型设计、零件测量及结构优化等,极大的提高了设计效率、缩短了研发周期[3]。
张秀丽[4]以勺轮式排种器为研究对象,采用三维扫描技术对其进行高精度的三维模型重构,高效的完成了零件复杂曲面零件的逆向设计,解决了排种机构传统设计存在的周期长、成本不可控的问题。
张安琪、李诚[5-6]采用逆向工程技术获取了D型打结器的关键部件复杂曲面的点云数据,构建了D型打结器三维几何模型,通过参数化建模和数据分析进行试验研究,,针对现存问题提出了改进方案,研制了具有自主知识产权的D型打结器,为国内新型打结器的研发奠定了重要的基础。
三维扫描技术也被应用于农业机械零部件的制造检测及修复,很大程度上提升了制造精度、降低了生产成本。
卢元爽[7]以模型刀辊的横刀组为对象开展了三维模型重构研究,获取螺旋横刀组点云数据以逆向重构模型,根据理论要求对构建的横刀刃口螺旋线进行反求,以此检验设计制作的刀辊是否存在制造误差。
孙思文[8]使用HandyScan三维扫描仪采集了破损零件表面的点云数据,利用设计软件进行参数化处理及破损点修复,完成了破损零件的数字化修复,为农机零件的低成本、高效率修复提供了新方法。
农业物料清选是农机收割及筛选的重要内容,为探索谷物的振动筛分过程,李骅[9]采用三维扫描技术构建了高精度稻谷谷粒、瘪谷及短茎秆的模型,在三维模型及试验基础上研究风筛式清选装置的设计理念,为研制新型筛分装置提供了可靠的数据及模型。
为研究水稻籽粒间的碰撞和摩擦运动,陈晨[10]基于饱满籽粒和瘪谷的三维扫描数据构建了谷粒的精准三维模型,模型与实际谷粒误差均小于 2%,以三维模型为对象进行仿真实验,研究结果为水稻籽粒清选的仿真分析提供了实用模型。
张炳超[11]基于逆向工程技术完成了番木瓜表面的三维重建,在模型基础上测量了番木瓜外形特征参数,偏差分析表明重构曲面模型满足摘取装置设计精度要求,提取的特征参数为研制番木瓜自动采摘装备提供了设计依据。
2 植物表型研究植物表型是指由基因和环境决定或影响的植物的表现特征,反映了植物的生长发育过程、遗传特性、生理生化特征及基因表达等 [12]。
植物表型研究核心是获取高质量、可重复的性状数据,进而量化分析基因型和环境互作效应及其对产量、质量、抗逆等相关的主要性状的影响[13]。
表型研究对于品种资源鉴定、遗传育种、栽培生理、植物保护和提高农业产量等方面具有指导作用。
表型信息检测主要依靠人工采集,工作量大、效率低且精度不高,对于研究植物表型信息往往不够充分。
随着计算机技术在农业领域的应用发展及作物研究数字化、可视化的需求,在计算上模拟生长过程、高精度测量表型参数和定量分析形态结构是现代农业研究急需解决的问题。
三维扫描技术能迅速、准确的获取植物表面点云信息,植物三维数据是研究作物生长过程、定量计算、模拟和预测的数据基础,因此三维扫描技术在表型研究过程中占据了十分重要的地位,促进了表型研究的高质量快速发展。
方圣辉[14]采集了白掌、龙须兰、绿萝及鸟巢蕨4种代表性植株的稠密点云,通过点云数据计算准确的叶倾角分布和叶面积指数,替代了传统的 SAIL 模型中的经验参数,提高了模拟精度,解决了辐射传输中的难点问题。
为真实的模拟植物生产开放过程,范晓晨[15]完整地捕捉到了植物生长开放过程可见部分的三维点云,在此基础上提出了一种跟踪和重建植物生长过程的新算法,跟踪和模拟内部隐藏的叶片在生长开放过程的早期阶段,重建在时间和空间上的一致性植物生长序列,真实地重建出各个不同植物品种的生长过程,对于发展植物生长新的观测研究分析方法有重要作用。
史蒲娟[16]搭建了三维点云数据采集系统,获取成熟期油菜植株三维点云数据,根据数据分析提出角果器官分割算法,完整的提取出了植株骨架,实现了油菜角果和骨架(枝干)的自动分割、角果数量的实时统计以及植株主干的自动提取,完成了关键表型参数的自动测量,为油菜作物的高通量表型组学以及遗传育种提供了可行的途径。
郭彩玲[17]以果园环境下生长的纺锤体苹果树冠层为对象,研究叶幕期光照分布情况。
采用三维激光扫描仪获了取苹果树冠层的点云数据,通过数据分析构建了苹果树冠层三维结构。
基于构建的模型提出光照分布预测方法并进行了实验验证,方法极大地提高了冠层的测量精度和效率,推动了光照分布的研究进展,也为研发自动化修剪合理性评定系统提高了技术支持。
于泽涛[18]利用三维扫描仪获取了灌浆后期的2个氮肥处理玉米植株不同时间的三维点云数,通过点云数据分析各叶片的形态变化过程,为玉米植株破坏性取样提供了理论依据,对玉米植株形态结构数据获取方式的确定具有重要意义,也为玉米结构功能模型研究提供了可靠的原始数据。
李抒昊[19]通过分析获取到的玉米三维点云数据重建了玉米冠层实体模型,从三维模型上提取出玉米冠层株高、株宽、茎粗等具有农业生产意义的特征参数,实现了非接触式、精准的获取玉米冠层株型参数,对研究玉米冠层光照分布、株型分类及种植指导等具有重要的理论价值与实际指导意义。
温维亮[20]以提取玉米表型参数、构建群体三维模型、建设器官资源库及评价不同玉米株型的群体光截获能力为研究目标,基于玉米株型参数及玉米器官点云数据构建了群体三维模型,并进行了理论分析及试验,研究结果对群体尺度上的表型鉴定具有重要的现实意义,也对株型优化及作物群体形态结构解析等研究具有很强的推动作用。
3 动物形态研究三维扫描技术在动物形态方面的研究主要分为2个方向:动物体型参数的非接触式、高精度提取方法的研究;动物的生物特性分析。
体型参数是反映动物健康状况、繁殖及生产能力的关键指标,也是养殖与育种工作的重要研究内容。
体型评价参数种类较多,目前主要是采用皮尺、测杖、地磅等工具人工测量体尺、体重等,工作量大、精度低,且接觸式测量易对动物产生应激,影响测量效率甚至导致动物生病。
三维扫描技术是非接触式扫描,可以实现高精度的三维重构及量算,满足对动物体型参数获取快速、高效、精准的要求,也逐渐被用于动物体型的相关研究。
刘同海[21-22]以长白猪标本为研究对象,应用三维扫描仪获取了猪体点云数据,通过点云数据预处理和计算,重构了猪体的三维曲面模型并测量了猪体体型参数,检测最大相对误差仅为0.42%,平均相对误差为0.17%,符合体尺参数测量标准,可为猪体质量估测模型提供高精度的数据支持。
赵新强[23]针对传统奶牛体尺获取的弊端,搭建了以Kinect为主体的深度图像获取板,扫描奶牛获取点云数据,通过去噪、特征提取等处理绘制出奶牛背部三维模型,实现了奶牛的体高、体宽、体长、背部投影面积等数据,实验证明测量平均误差为3.2%,符合奶牛体尺测量要求,对畜牧业非接触体尺测量发展具有很强的实际应用意义,也为后续研制无损检测设备开拓了新思路。
仿生学是利用生物的结构和功能原理来研制机械,而动物的生物特性是仿生学研究的理论基础。
在农业领域,采用三维扫描技术重构精准的动物三维模型,通过点云数据、曲线拟合等处理,研究生物特性以解决农业机械存在的减阻、减粘、粘附及耐磨等问题,是三维扫描技术在农业领域的重要应用。
张伏[24]选取雄性波尔山羊蹄为标本,研究山羊蹄底部非规则曲面特征以解决农业四足行走机器人在崎岖地面上行走稳定性差的问题。
采用三维立体扫描仪获取山羊蹄点云数据,经专业处理软件去噪声、采样、封装、表面处理后绘制出山羊蹄的精确曲面,通过曲线拟合和偏差分析,获得有效的山羊蹄底部非规则曲面数学模型,为研究农业四足行走机器人提供了可靠的理论来源。
根据野猪拱土觅食时的降阻特性,赵萍[25]采用天远光学非接触式三维扫描仪获取野猪拱嘴部位点云信息,以其为仿生原型设计了马铃薯仿生挖掘铲,试验证明设计的挖掘铲受到的土壤作用力最小,具备良好的挖掘性,为块茎类收获机减粘降阻技术的发展提供了新思路。
为解决土壤黏附对农业机械的制约问题,董文华[26]研究了仙姑弹琴蛙的体表特征与粘附特性。
采用三维扫描设备获取背部、头部和后肢三维信息,利用逆向工程技术完成仙姑弹琴蛙模型重构,根据研究需要从模型中提取头部和腿部特征曲线,通过曲率分析和实验揭示仙姑弹琴蛙几何表面特征及水分与土壤黏附的关系,为攻克土壤粘附问题奠定了仿生学的理论基础。
许亚婷[27]采用三维雷射扫描控制系统获取蚯蚓体表形貌三维数据,计算分析其减粘特性与体表形貌的关系,得出在平行运动方向上环节的交接处曲率最小,垂直运动方向上体表两端曲率最小,蚯蚓的减粘脱土功能主要集中在头部。
研究结果为仿生脱附理论与设计提供了准确的参考依据。
针对切削刀具存在的磨损及使用寿命限制问题,孙源[28]以锋利的河狸下牙齿作为研究对象,运用逆向工程的原理和思想,通过三坐标激光扫描仪获取牙齿的点云数据,经过数据清洗、特征曲线提取后构建了牙齿曲面,误差分析证明构建的河狸牙齿的三维模型符合精度要求,为刀具的几何参数及力学性能的优化提供了仿生研究的基础。