基于少数参数表征的西红柿形态三维几何建模

刘 莹 王满生 曲文娟 马海乐 潘忠礼 蒋群辉

(1. 江苏大学食品物理加工研究院，江苏 镇江 212013；2. 中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205；3. 美国加州大学戴维斯分校生物与农业工程系，美国 加州 95616；4. 镇江美博红外科技有限公司，江苏 镇江 212013)

西红柿是中国主要农作物之一，产量和消费量逐年上升，其加工产品种类也越来越多。但目前对于西红柿果实几何建模的研究相对薄弱，其精深加工程度远远落后于世界先进水平，产品附加值低。

近年来，随着农业基础知识的拓宽和计算机图像处理技术的不断发展，农作物几何建模技术应运而生，目前国内外学者已经开发了一些几何模型用以模拟农业材料，例如简化几何模型[1]、三维重建模型[2-3]以及参数化建模方法[4]等。其中，参数化建模技术[5]是目前最常用的建模方法，它是用参数来构造产品的几何形态，能够对产品进行快速建模，为产品的快速可视化提供了基础。但是目前参数化几何建模方法在西红柿形状表征方面的应用依然具有较大的挑战：首先，西红柿精准的几何模型还没有完全发展起来。西红柿呈较扁的椭圆形[6-8]，茎花轴向尺寸均匀，特别的是，西红柿茎端(茎部瘢痕)的缩进特征是其一个重要的局部形状特征[6-7,9]，直接影响着其剥皮、分选、质检等一系列加工操作[10-12]，但目前未见有对西红柿茎端局部缩进特征进行精确描述的相关研究报道，现有研究[13-14]报道的曲面和自由曲线的参数化建模方法通常是建立在物体近似曲面的几何形态基础上的，不能准确表征西红柿茎端局部缩进的特征，因此无法应用于西红柿相关的计算机辅助设计和仿真中。……