基于L系統(tǒng)的虛擬園林觀賞樹木生長建模研究.pdf

1、植物作為構(gòu)成人類生存環(huán)境的最重要的一環(huán)，與我們的日常生活密切相關(guān)。隨著人們對的生態(tài)環(huán)境的日益重視，以計算機為手段對植物生長進行建模與仿真己成為人們研究的熱點問題。開展虛擬植物生長有著重要的現(xiàn)實意義，它不僅在農(nóng)林業(yè)研究、綠化景觀設(shè)計、虛擬戰(zhàn)場中占有重要的地位，在教育、娛樂、商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 植物的種類繁多，其外在形態(tài)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部生長機理各不相同，對植物進行生長建模的方法也有很多種。目前虛擬植物生長主要采用的方法包括：分

2、形方法、隨機過程和L系統(tǒng)。L系統(tǒng)是由美國生物學家Lindenmayer于1968年提出，他主要是用于研究細胞的交互作用。隨著L系統(tǒng)被引入計算機圖形學和系統(tǒng)的不斷完善，它已經(jīng)成為植物生長建模的主要方法之一。L系統(tǒng)是一種字符重寫系統(tǒng)或形式化語言方法，它通過構(gòu)造公理，運用連續(xù)、并行地運用規(guī)則改寫公理中的字符串，從而得到一系列字符。最后根據(jù)字符的特定幾何含義可以繪制出特定的圖形。運用具有不同語言、文法和幾何解釋的L系統(tǒng)，在計算機上能夠模擬生成各

3、種具有復雜形態(tài)的植物。L系統(tǒng)為植物生長拓撲結(jié)構(gòu)以至幾何形態(tài)建模提供了一個很好的理論體系，顯示了計算機模擬植物方面的能力，為在計算機上實現(xiàn)虛擬植物的生長提供了理論依據(jù)。 本文在對影響植物外部形態(tài)的幾種分枝和葉序結(jié)構(gòu)進行研究的基礎(chǔ)上提出了采用L系統(tǒng)的方法對植物生長進行建模，并對L系統(tǒng)的建模方法進行了深入研究。為了能夠更好地模擬植物生長的過程，本文在原有L系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了控制植物分枝角度的高斯分布函數(shù)，控制植物拓撲生長和幾何生長的生

4、長控制函數(shù)，模擬植物趨光性的偏轉(zhuǎn)吸引子。同時通過采用標準圖形軟件接口OpenGL和支持可視化編程的集成開發(fā)環(huán)境VC++6.0，加入光照、紋理映射等技術(shù)，實現(xiàn)了對幾種園林觀賞樹木的植物生長過程的計算機模擬，生成的植物具有三維立體效果，形態(tài)逼真，基本符合自然生長規(guī)律。為了解決分枝結(jié)構(gòu)在交匯處不連續(xù)的問題，對植物的枝條和葉片建模采用了三角形網(wǎng)格的建模方法。 通過本文的試驗結(jié)果我們可以看到在L系統(tǒng)中加入一些影響植物生長的環(huán)境因素后所模擬