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(guò)對(duì)自然景物進(jìn)行模擬與仿真來(lái)探索植物生長(zhǎng)的規(guī)律。本文介紹了分形的基本理論，重點(diǎn)討論了生成分形圖形的主要方法：迭代函數(shù)系統(tǒng)(IFS)、擴(kuò)散限制凝聚法、逃逸時(shí)間算法、粒子系統(tǒng)法與L-系統(tǒng)。通過(guò)IFS生成的植物圖形具有質(zhì)地感強(qiáng)、紋理豐富、著色簡(jiǎn)單與層次漸變等優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)IFS生成植物圖形的程序簡(jiǎn)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(jìn)化過(guò)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(jìn)行植物模擬，并得到紋理豐富、動(dòng)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(jìn)行模擬，缺乏對(duì)植物的進(jìn)化和生理特征的描述。利用IFS生成植物圖形簡(jiǎn)單易行，但是對(duì)于一棵植物圖形

3、進(jìn)行合理的IFS碼選取和計(jì)算則是比較復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的。因此，本文將IFS與遺傳算法(GA)相結(jié)合進(jìn)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(duì)基因進(jìn)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(duì)生成的植物圖形進(jìn)行評(píng)價(jià)，使模擬結(jié)果能夠體現(xiàn)自然界中物種的遺傳與進(jìn)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)