Incorporando la reflectancia espectral y direccional de las hojas en modelos virtuales de plantas a través del ajuste de parámetros del shader Phong
Autores: Balasus, Jens; Wirth, Felix; Herzog, Alexander; Khanh, Tran Quoc
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Simulaciones
Modelos de plantas
BRDF
Reflectancia
Modelo de Phong
Comportamiento óptico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 3
Citaciones: Sin citaciones
Las simulaciones de luz precisas utilizando modelos de plantas virtuales son esenciales para analizar cómo las estructuras de las plantas influyen en el microclima de luz dentro de los doseles. Tales simulaciones son cada vez más importantes en aplicaciones que incluyen teledetección, optimización de invernaderos y generación de datos sintéticos para sistemas agrícolas. Sin embargo, muchos modelos actuales simplifican el comportamiento óptico de las hojas al asumir una reflectancia puramente difusa, descuidando así la variabilidad espectral y angular descrita por la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF). Para abordar esta limitación, se midió experimentalmente la BRDF espectral de las hojas de pepino y se determinaron los parámetros del modelo de reflectancia de Phong correspondientes para su uso en el entorno de simulación GroIMP. Estos parámetros se optimizaron para replicar los patrones de distribución de reflectancia angular y espectral y se evaluaron en comparación con un modelo de reflectancia difusa. El modelo de Phong reprodujo con éxito características clave de la BRDF, particularmente el aumento de la difusidad en las regiones espectrales verde y rojo lejano, aunque surgieron desviaciones en la reflectancia hemisférica a altos ángulos de incidencia. Los parámetros de Phong resultantes ofrecen un método práctico para incorporar la reflectancia dependiente de la longitud de onda y la dirección en simulaciones de plantas virtuales. Estos parámetros pueden adaptarse a otros valores de reflectancia de hojas con propiedades ópticas similares utilizando mediciones de reflectancia hemisférica, lo que permite una modelización de luz más realista en doseles virtuales. Dentro de un rango de incidencia de 30 a 60 grados, la BRDF de Phong redujo el error por longitud de onda en relación con una línea base difusa en todas las regiones espectrales.
Descripción
Las simulaciones de luz precisas utilizando modelos de plantas virtuales son esenciales para analizar cómo las estructuras de las plantas influyen en el microclima de luz dentro de los doseles. Tales simulaciones son cada vez más importantes en aplicaciones que incluyen teledetección, optimización de invernaderos y generación de datos sintéticos para sistemas agrícolas. Sin embargo, muchos modelos actuales simplifican el comportamiento óptico de las hojas al asumir una reflectancia puramente difusa, descuidando así la variabilidad espectral y angular descrita por la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF). Para abordar esta limitación, se midió experimentalmente la BRDF espectral de las hojas de pepino y se determinaron los parámetros del modelo de reflectancia de Phong correspondientes para su uso en el entorno de simulación GroIMP. Estos parámetros se optimizaron para replicar los patrones de distribución de reflectancia angular y espectral y se evaluaron en comparación con un modelo de reflectancia difusa. El modelo de Phong reprodujo con éxito características clave de la BRDF, particularmente el aumento de la difusidad en las regiones espectrales verde y rojo lejano, aunque surgieron desviaciones en la reflectancia hemisférica a altos ángulos de incidencia. Los parámetros de Phong resultantes ofrecen un método práctico para incorporar la reflectancia dependiente de la longitud de onda y la dirección en simulaciones de plantas virtuales. Estos parámetros pueden adaptarse a otros valores de reflectancia de hojas con propiedades ópticas similares utilizando mediciones de reflectancia hemisférica, lo que permite una modelización de luz más realista en doseles virtuales. Dentro de un rango de incidencia de 30 a 60 grados, la BRDF de Phong redujo el error por longitud de onda en relación con una línea base difusa en todas las regiones espectrales.