基于進化策略的植物形態(tài)仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、以植物為對象的計算機建模與可視化仿真，已經(jīng)成為計算機圖形學(xué)、農(nóng)林學(xué)以及生態(tài)學(xué)等多領(lǐng)域中重要的研究課題。由于植物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，尤其在大規(guī)模自然場景的建模中，需要大量多樣的植物形態(tài)。如何利用計算機快速有效地為場景建模，已經(jīng)成為植物建模的研究熱點。在植物建模中，選擇合適的形態(tài)發(fā)生模型模擬植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，是對植物進行仿真的關(guān)鍵步驟。在模擬植物形態(tài)結(jié)構(gòu)時，不管選擇哪種形態(tài)發(fā)生模型，都需要根據(jù)對特定植物的先驗知識，人工歸納抽象出模型的規(guī)則參數(shù)，才

2、能生成符合要求的植物形態(tài)。特別是在對大規(guī)模自然場景建模時，需要確定大量的規(guī)則參數(shù)。人工提取這些規(guī)則參數(shù)的方法，既費時又費力。如何高效地獲取這些規(guī)則參數(shù)，就顯得尤為重要。
　　 本文把L系統(tǒng)和遺傳算法相結(jié)合，以自動地獲取目標(biāo)植物的L系統(tǒng)產(chǎn)生式規(guī)則，快速地對植物形態(tài)進行建模。主要工作如下:
　　 1.提出基于基因表達(dá)式編程的植物形態(tài)仿真算法，利用基因表達(dá)式編程的思想，結(jié)合L系統(tǒng)對植物形態(tài)進行建模。針對植物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點，提出

3、限制性的初始種群設(shè)計策略，利用優(yōu)化的種群個體選擇策略，引導(dǎo)種群進行進化，提高算法效率。
　　 2.提出基于植物外形輪廓的粗粒度適應(yīng)度函數(shù)和基于植物內(nèi)部分枝結(jié)構(gòu)的細(xì)粒度適應(yīng)度函數(shù)。綜合兩種適應(yīng)度函數(shù)，以全面地計算仿真植物形態(tài)與目標(biāo)植物形態(tài)的相似性。
　　 3.提出植物形態(tài)隨環(huán)境因素變化的模擬方法，模擬植物在不同環(huán)境因素下的形態(tài)變化。通過對光照和礦物質(zhì)資源對植物形態(tài)影響的研究，模擬出單株植物在單側(cè)光影響下的形態(tài)變化，以及植物