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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种基于作物生长模型与渲染引擎的水稻生长过程三维场景构建方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119494937B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-17发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411621614.1，技术领域涉及：G06T17/20；该发明授权一种基于作物生长模型与渲染引擎的水稻生长过程三维场景构建方法是由周冠华;吴一帆;景贵飞设计研发完成，并于2024-11-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于作物生长模型与渲染引擎的水稻生长过程三维场景构建方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种基于作物生长模型与渲染引擎的水稻生长过程三维场景构建方法，步骤如下：通过野外实验获取植株密度、分布、叶倾角分布及叶片光谱、冠层光谱和底质反射率，构建单株水稻3D模型；耦合作物生长模型，通过冠层结构参数和叶片BRDF描述植被冠层反射特性模拟冠层反射因子；根据水体生物光学模型与波浪水面反射模型分别计算水体散射相函数与水面BRDF；通过AVRM模型生成三维水体体积模型；利用Blender软件结合LuxCoreRender渲染引擎耦合入射辐射、植被冠层反射因子、水体光学属性等相关输入参数，构建真实水稻场景。该方法建立了高精度三维水稻场景模型，为提升水稻遥感辐射建模的精度和效率，进而对农业遥感和湿地监测提供了重要技术支撑，具有推广应用前景。

本发明授权一种基于作物生长模型与渲染引擎的水稻生长过程三维场景构建方法在权利要求书中公布了：1.一种基于作物生长模型与渲染引擎的水稻生长过程三维场景构建方法，其特征在于包含以下步骤： 1基于野外实验测量得到水稻的植株密度、二维空间分布和叶倾角分布的统计特性，以及叶片反射光谱、冠层反射光谱和底质反射率，构建单株水稻3D模型，进一步结合作物生长模型，通过冠层结构参数和叶片二向性反射分布函数BRDF描述不同生长阶段植被冠层的反射特性，进行植被冠层的反射因子模拟； 2根据水体生物光学模型数与波浪水面反射模型分别计算水体散射相函数与水面二向性反射分布函数BRDF，将水体散射相函数与水面BRDF输入到水生植被辐射度模型AVRM中，综合水体光学参数和观测几何参数，生成完整的三维水体体积模型；具体方法如下： 第一步：根据水体生物光学模型计算水体散射相函数：在水稻场景中，由于水体体元的散射特性是各向异性的，水体被视为一种体散射介质，因此需要关注其三个主要属性：吸收系数、散射系数和散射相函数；首先需要解决的是吸收系数和散射系数的参数化问题；水体生物光学模型通过考虑水体的叶绿素、悬浮物以及有色溶解有机物CDOM等参数来计算吸收和散射系数，这种方法通过将水体的吸收和散射系数按照不同组分的贡献进行拆分，其具体计算方法如下： 其中，apw、aph、aNAP与aCDOM分别表示纯水、浮游植物、非藻类颗粒物以及CDOM的吸收系数，bbw与bp分别表示纯水和颗粒物的散射系数，aNAP项的计算方法为： aNAPλ＝aNAP443·0.75e-0.0123λ-443 在该式中使用了443nm处的非藻类颗粒物的吸收系数作为参考的吸收系数，式中λ为需要求解的波长，而aNAP443与悬浮物颗粒的浓度SPM之间呈现出线性关系，满足aNAP443＝0.041m2·g-1·SPM，由CDOM组分所贡献的吸收系数为： aCDOMλ＝aCDOM375e-0.0192λ-375 其中，aCDOM375的取值为1.25m-1，浮游植物的单位吸收系数为： 其中，C是叶绿素a的浓度Aλ和Bλ有关的参数，纯水的散射系数表示为： 颗粒物的散射系数表示为： bpλ＝EC0.62550λ 在上式中，C是叶绿素a的浓度，E是一个经验系数，在模型中取1.0； 第二步：根据Cox-Munk模型计算水面BRDF：Cox-Munk模型将水面视为不同坡度微小面元的几何，计算波浪水面的BRDF为： 式中，rω为水面平静时入射角为ω的菲涅尔反射率，pzx,zy为波浪水面坡度的概率分布函数，zx,zy为微小面元坐标系，θn为发生镜面反射的波浪面元的法线所在天顶角方向，θs为太阳天顶角，θo为观测天顶角，σ为水面粗糙度因子来描述水面波动程度大小，代替风速W作为水面反射率模型的输入； 第三步：将水体散射相函数与水面BRDF输入AVRM模型，综合水体相关的光学参数和观测几何参数，生成完整的三维水体体积模型，具体计算过程如下： 在没有非弹性散射的情况下，用于计算通过体积介质的辐射传输的参数是光谱吸收系数aλ,p和光谱体积散射函数VSFβλ,p,ψ，其中λ是波长，p＝px,py,pz是空间中的一个点，ψ是散射角，0≤ψ≤π，散射系数bλ,p和衰减系数cλ,p由吸收系数和VSF推导出来： cλ,p＝aλ,p+bλ,p 空间中某点p处的辐射分布Lλ,p,v，由VSF引起的散射，进而产生该点的路径辐射： 其中，dΩvin是与vin相关的立体角，对其进行积分，表示考虑来自介质内部发出的辐射能量，点p处的辐射分布Lλ,p,v是从点pS接收的路径衰减辐射的总和，该点pS位于从方向v逆向追踪时遇到的第一个体元表面，再加上在介质中间路径上接收的任何来自体积体散射或发射的辐射能量： 其中，LEX-Gλ,pS,v表示位于点pS所在表面在全局坐标系中的方向向量v的出射辐射，函数Kλ,p1,p2表示从点p1传输到点p2的路径辐射在介质中透射率： 其中，d＝|p1-p2|是点p1和p2之间的距离，需要注意的是，即使第一个交汇表面是透明的，也无需考虑沿着向量v的逆向路径，因为体积表面远侧辐射源的影响可以视为该表面本身的出射辐射，体积离散化是通过将模型域细分为立方体体素来启动的，其中每个体素的视点位于体素中心，由于体素具有立方体的形状，体素中心的入射辐射具有依赖于q的体素路径长度xq，距离xq可以通过立体角均值而事先在给定尺寸的所有体素上进行数值预计算，如果发射为零，基于这些路径积分的源函数形式如下： 其中 式中，L′λ,i,qin是来自外部源体素中心处的辐射分布，即不包括来自体素本身的散射辐射，同时将中心点的辐射向前和向后外推到体素边界，并沿路径长度进行积分： 该式处理了入射辐射方向的内部散射，同时将当前体素路径辐射沿着体素中的路径进行积分和衰减，由于假定体素平均VSF，βλ,i,qin,qout，在体素内是恒定的，进而可以通过解析推导路径积分： 对于给定的光束衰减系数cλ,i和体素尺寸xqin，在许多模型应用中，体素尺寸和光束衰减系数值的范围将非常受限，需要注意的是，虽然L*是循环的，但求解算法是迭代的，因此L*在每次迭代中都会从当前值更新； 3利用Blender软件结合LuxCoreRender渲染引擎耦合所有输入参数，包括入射辐射、植被冠层反射因子、叶片BRDF、水体散射相函数和水面BRDF，构建不同冠层结构和观测几何下的真实水稻植被场景。

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