向日葵生長(zhǎng)模型的構(gòu)建方法研究.pdf

1、植物是自然界最重要的組成部分之一,與人類的生存與生活密切相關(guān)。所謂虛擬植物(Virtual Plant),就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬植物在三維空間中的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程,以可視化的方式來(lái)反映植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)律。虛擬植物的研究是虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù)中復(fù)雜耗時(shí)且最關(guān)鍵的技術(shù)之一,目前已經(jīng)成為研究熱點(diǎn),在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、教育、娛樂、商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 各種常用的植物建模方法都不是普適的,建模效率與建模結(jié)果的

2、真實(shí)感之間難以平衡。另外,目前針對(duì)各種高大樹木以及小麥、大豆、玉米、棉花、水稻等主要農(nóng)作物的建模方法研究較多,而針對(duì)向日葵的研究報(bào)道還很少見。因此,本文主要以向日葵為研究對(duì)象,探討如何快速有效地進(jìn)行植物生長(zhǎng)模型構(gòu)建,根據(jù)自然界中真實(shí)向日葵的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與植物學(xué)研究者測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)以及相關(guān)理論基礎(chǔ),對(duì)向日葵植株的地上部分進(jìn)行了生長(zhǎng)模型的構(gòu)建。具體工作主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　 (1)針對(duì)向日葵地上部分主要器官(莖、葉、花)各自

3、的不同特點(diǎn),采用合適的方法分別對(duì)其進(jìn)行幾何模型的構(gòu)建,以實(shí)現(xiàn)通過(guò)少量的人機(jī)交互達(dá)到較為逼真的模擬效果。提出了用參數(shù)化方法控制向日葵葉片的大致輪廓,并在此基礎(chǔ)之上通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算修正輪廓,從而生成鋸齒狀葉緣的方法。
　　 (2)建立向日葵各器官的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型,實(shí)現(xiàn)向日葵各器官形態(tài)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。其中,對(duì)傳統(tǒng)的L系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),并用于向日葵花開過(guò)程模擬和葉脈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建,提高了效率,且節(jié)省了存儲(chǔ)空間；基于形態(tài)特征變化對(duì)向日葵的向

4、光性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬。
　　 (3)基于中國(guó)科技大學(xué)的趙星博士提出的雙尺度自動(dòng)機(jī)模型,以及“生長(zhǎng)延時(shí)”機(jī)制,結(jié)合向日葵的具體特征,調(diào)用各器官的生長(zhǎng)模型,進(jìn)行向日葵植株的拼接,構(gòu)建出向日葵植株不斷變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了向日葵植株的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程。
　　 (4)以中小學(xué)生物實(shí)驗(yàn)課課堂教學(xué)為目的,利用面向?qū)ο?Objected Oriented)的思想設(shè)計(jì)了交互式向日葵虛擬生長(zhǎng)系統(tǒng),并采用MFC+OpenGL的組合方式在Visua