本发明是利用三维激光扫描仪通过对点云数据的处理获取单木分枝结构的方法。
二、技术背景
20世纪80年代以来，随着虚拟现实、计算机图形学、地理信息系统等学科发展以及计算机性能的大幅提高，生态学家、农林业者和计算机研究人员开始重视通过构建植物(树木)的三维几何形态模型来模拟其生长过程、刻画各种特征变量、表达环境与树木的交互作用。
三维激光扫描技术在最近20年得到迅速发展。三维激光扫描或激光雷达可以连续快速地对被观测物体进行非接触式测量以获取物体表面至扫描仪的距离和反射强度。激光扫描获得的是大量物体表面的三维信息，亦称点云数据。利用激光扫描仪获取的点云数据来测量和提取植物生长的几何形态和生理参数并用来构建三维模型，已成为最近些年来的一个研究热点。
树木的分枝结构参数获取一直是蓄积量估计和三维可视化模拟研究和重点，主要参数包括枝长、枝径、分枝角度、方位角、树高、活枝下高和冠幅等，其中冠幅和树高能够通过点云影像直接测量获得，枝长、枝径和分枝角度作为决定树木拓扑特性的参数能够通过提取单木点云拓扑结构估计得到，在应用单木拓扑结构中具有一定的代表性。枝条基部直径是进行树冠可视化模拟的重要参数，能够反映生物量的积累和枝条的空间变化特点。点云骨架模型能够直观反应单木的形态结构和拓扑信息，对形态学参数的获取研究具有重要的作用。
三、
技术实现要素：
一种三维激光扫描测定单木分枝结构的方法，其特征是：
首先，将三维激光扫描仪获取的单木点云数据处理得到骨架模型，骨架模型实为连通图，原理为：将散乱单木点云进行体元化处理，将点云划分成等长立方体单元，通过聚类法构建立方体单元的拓扑邻接关系，根据自定义规则将结构相似的单元通过加权聚类成一体元，相邻体元之间通过直线段连接，每条边连接两个顶点且带有一个方向标记，顶点所在的位置为体元内散点的重心；
然后，根据骨架模型邻边的拓扑关系搜索与各个分枝相连接的节点，提取分枝结构并计算枝长，原理为：(1)以树干最低点作为基点；(2)沿着连通图进行搜索分枝节点，当某节点存在三条以上的邻边时，确定该节点为分枝节点；(3)每个节点有方向属性，根据节点的延伸方向以及节点邻边夹角(两条相邻骨架线空间不大于180°的角度值)的大小判定不同级别的枝条；
最后，在分枝着枝点处沿骨架模型作横切面，应用凸包算法提取横切面点云外包多边形并计算分枝直径，原理为：骨架模型是有向线段集合，且经过计算得到的骨架模型具有位置中心性的特点，应用最小二乘拟合得到的线段延伸方向，提取单木枝条横切面点云图，通过凸包算法计算点云轮廓提取分枝的枝径。
四、具体实施方式：
1.将三维激光扫描仪获取的单木点云数据处理得到骨架模型，骨架模型实为连通图；
2.根据骨架模型邻边的拓扑关系搜索与各个分枝相连接的节点，提取分枝结构并计算枝长；
3.在分枝着枝点处沿骨架模型作横切面，应用凸包算法提取横切面点云外包多边形并计算分枝直径。