Python编程提取马铃薯叶片图像的纹理，并将其渲染到构建好的叶片NURBS曲面模型中

一、提取马铃薯叶片图像的纹理

1. 导入必要的库，包括numpy、opencv、matplotlib等。

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

2. 读取马铃薯叶片图像，将其转换为灰度图像。

img = cv2.imread('potato_leaf.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

3. 对灰度图像进行高斯滤波，减少噪声的影响。

gray_blur = cv2.GaussianBlur(gray, (3, 3), 0)

4. 提取图像纹理，使用LBP算法实现。LBP算法将每个像素点与其周围八个像素点进行比较，根据比较结果生成一个二进制码，用于描述该像素点的纹理特征。

radius = 3
n_points = 8 * radius
lbp = np.zeros_like(gray_blur)
for i in range(radius, gray_blur.shape[0]-radius):
    for j in range(radius, gray_blur.shape[1]-radius):
        center = gray_blur[i, j]
        values = []
        for x in range(-radius, radius+1):
            for y in range(-radius, radius+1):
                if x == 0 and y == 0:
                    continue
                values.append(gray_blur[i+x, j+y])
        values = np.array(values)
        binary = (values >= center).astype(np.uint8)
        code = np.packbits(binary)
        lbp[i, j] = code

5. 将LBP图像进行归一化，便于后续处理。

hist, _ = np.histogram(lbp, bins=np.arange(0, 256))
hist = hist.astype(np.float32)
hist /= np.sum(hist)

二、将纹理渲染到叶片NURBS曲面模型中

1. 定义叶片曲面模型，并将其转换为三角网格模型。这里使用了Python库Rhino3dm，可以实现Rhino软件的API调用，方便进行CAD操作。

import rhino3dm as r3d

# 定义叶片曲面模型
surface = r3d.NurbsSurface.CreateFromCorners(
    r3d.Point3d(0, 0, 0),
    r3d.Point3d(10, 0, 0),
    r3d.Point3d(10, 10, 0),
    r3d.Point3d(0, 10, 0),
    r3d.Point3d(0, 0, 10),
    r3d.Point3d(10, 0, 10),
    r3d.Point3d(10, 10, 10),
    r3d.Point3d(0, 10, 10),
    3, 3, 3, 3
)

# 将曲面转换为三角网格模型
mesh = r3d.Mesh.CreateFromBrep(r3d.Brep.CreateFromSurface(surface))

2. 将每个三角形的纹理信息映射到三角形的顶点上。这里采用了平均法，即将每个顶点的纹理信息设置为其所在三角形的三个顶点的纹理信息的平均值。

tex_coords = np.zeros((mesh.Vertices.Count, 2))
for i in range(mesh.Faces.Count):
    face = mesh.Faces.Item[i]
    indices = [face.A, face.B, face.C]
    tex_coord = np.array([hist[lbp[v[1], v[0]]] for v in vertices[indices]])
    tex_coords[indices] = np.mean(tex_coord, axis=0)

3. 将纹理信息渲染到曲面模型上，使用Python库trimesh实现。trimesh库提供了方便的三维模型渲染功能，可以将NURBS曲面模型转换为三角网格模型，并在三维空间中渲染纹理。

import trimesh

# 将Rhino3dm模型转换为trimesh模型
vertices = np.array([(v.X, v.Y, v.Z) for v in mesh.Vertices])
faces = np.array([(f.A, f.B, f.C) for f in mesh.Faces])
tex_faces = np.array([(i, i, i) for i in range(mesh.Vertices.Count)])
tex_coords = np.array(tex_coords)
tri_mesh = trimesh.Trimesh(vertices=vertices, faces=faces, face_colors=tex_coords, face_texture=hist, visual=trimesh.visual.TextureVisuals)

# 渲染纹理
scene = trimesh.Scene([tri_mesh])
scene.show()