遺傳算法與IFS相結(jié)合的植物形態(tài)模擬研究.pdf

1、自然界中的植物具有典型的復(fù)雜自相似結(jié)構(gòu)，自然景觀模擬是分形的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，而植物模擬是自然景觀模擬的主要研究方向。本文在分形圖形學(xué)的基礎(chǔ)上，通過對自然景物進行模擬與仿真來探索植物生長的規(guī)律。本文介紹了分形的基本理論，重點討論了生成分形圖形的主要方法：迭代函數(shù)系統(tǒng)(IFS)、擴散限制凝聚法、逃逸時間算法、粒子系統(tǒng)法與L-系統(tǒng)。通過IFS生成的植物圖形具有質(zhì)地感強、紋理豐富、著色簡單與層次漸變等優(yōu)點，并且通過IFS生成植物圖形的程序簡單

2、易行。然而傳統(tǒng)IFS的植物形態(tài)模擬與植物的自然進化過程差別比較大，隨著帶概率IFS和帶參數(shù)IFS的產(chǎn)生，可以用這兩種IFS進行植物模擬，并得到紋理豐富、動態(tài)的植物圖形。
　　 但是利用IFS模擬植物圖形的形態(tài)結(jié)構(gòu)差異較小，而自然界中即使是同一物種的植物，形態(tài)與結(jié)構(gòu)也是多樣化的。即使是帶概率IFS和帶參數(shù)IFS也僅僅是依據(jù)植物的幾何特征進行模擬，缺乏對植物的進化和生理特征的描述。利用IFS生成植物圖形簡單易行，但是對于一棵植物圖形

3、進行合理的IFS碼選取和計算則是比較復(fù)雜和耗費時間的。因此，本文將IFS與遺傳算法(GA)相結(jié)合進行植物形態(tài)的模擬，將IFS碼作為遺傳算法中的染色體，IFS碼中的仿射變換作為基因：對基因進行變異、交叉等遺傳操作；設(shè)置了合理的適應(yīng)度函數(shù)，對生成的植物圖形進行評價，使模擬結(jié)果能夠體現(xiàn)自然界中物種的遺傳與進化。本文模擬出既具有分形特征又符合自然規(guī)律的植物圖形。
　　 GA與IFS相結(jié)合生成的植物圖形不僅形態(tài)豐富，而且反映了遺傳因素與環(huán)