基于生长函数的植物生长建模研究-计算机软件与理论专业论文.docx

重庆大学硕士学位论文中文摘要 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 I I 摘 要 虚拟植物是指在计算机上进行植物生长模拟并运用可视化技术进行展现的技 术。它一般以植物个体或群体为研究对象，涉及到计算机科学、植物学、生态学 及人工智能等学科并在数字影视、游戏娱乐、农业教学等多个领域有广泛应用， 是目前计算机科学的研究热点之一。 本文首先分析了虚拟植物的研究背景及国内外的研究现状，从高等植物的生长 规律出发，为解决符合植物生长规律的生长模拟问题，提出一种基于生长函数的 植物建模方法，该方法以虚拟器官描述植物器官，通过对生长数据的采集拟合生 长函数，由生长函数控制节间的生长和三维 Morphing 过程，并在三维 Morphing 中引入相似度参数来表现器官形态的多样性，3D 引擎读取虚拟器官属性渲染得到 植物三维可视化图形。主要工作如下： ①对虚拟植物的理论研究成果及可视化平台进行了总结。重点对 L 系统和虚拟 器官两种虚拟植物建模技术进行了分析，简单介绍了计算机图形学中两种主要的 三维物体变形技术：自由变形 FFD 和三维 Morphing，重点讨论了三维 Morphing 技术和图形学中常用的插值算法。 ②对高等植物生长发育的生理学机制进行了分析，重点研究了高等植物的生长 规律，并针对植物生长建模可视化的需要采用生长函数来控制植物各器官的生长。 ③针对传统方法在模拟植物规律性生长方面存在的不足，提出了一种以生长函 数控制的生长模拟方法，并与将该方法与虚拟器官相结合，实现了符合植物生长 规律的生长建模。 ④分析了 L 系统在表现植物生长多样性方面的不足，针对传统三维 Morphing 技术不能模拟器官生长过程中多样性的缺点，引入了相似度参数，并将该方法与 虚拟植物相结合，通过提供植物在不同生长条件下的多个器官模型，并根据当前 环境参数对每个器官赋予一定的相似度参数，使得器官的最终形态和生长过程具 有多样性。 ⑤以辣椒为仿真对象，在 PlantLab 平台上进行了仿真实验，实现了植物生长过 程模拟。结果表明本文提出的方法能够较为真实、有效地模拟植物的生长及形态 变化。 ⑥最后，给出了本文创新方法的意义并针对本文工作的不足之处对下一步的工 作进行了展望。 关键词：虚拟植物，L 系统，虚拟器官，三维 Morphing，生长函数 重庆大学硕士学位论文英文摘要 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 II II Abstract Virtual plant is a kind of technology which simulates growing process of plants on computer and show the process with visualize technology. Its research usually focus on plant individual or group and combine computer science with botany, ecology and artificial intelligence. It has potential applications including digital movie, computer game and entertainment, agriculture teaching. It is one of HYPERLINK /dict_result.aspx?searchword=%e7%a0%94%e7%a9%b6%e7%83%ad%e7%82%b9%e4%b9%8b%e4%b8%80amp;tjType=sentenceamp;styleamp;t=focal%2Bpoint%2Bof%2Bresearch focal point of research in computer science. This paper study the background and research of the virtual plant, anaylsis the growth rule of advanced plant. Present a new approach of growth modeling based on growth function to solve the simulation faithful to botany. This method use virtual organs to depict plant organs, use data acquisition to fit growth function and control the growth process of internode and morphing