向日葵生長模型的構建方法研究.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。所謂虛擬植物(Virtual Plant),就是利用計算機來模擬植物在三維空間中的生長發(fā)育過程,以可視化的方式來反映植物的形態(tài)結構規(guī)律。虛擬植物的研究是虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術中復雜耗時且最關鍵的技術之一,目前已經(jīng)成為研究熱點,在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、教育、娛樂、商業(yè)等領域有著廣闊的應用前景。
　　 各種常用的植物建模方法都不是普適的,建模效率與建模結果的

2、真實感之間難以平衡。另外,目前針對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,而針對向日葵的研究報道還很少見。因此,本文主要以向日葵為研究對象,探討如何快速有效地進行植物生長模型構建,根據(jù)自然界中真實向日葵的形態(tài)結構特點與植物學研究者測量的相關數(shù)據(jù)以及相關理論基礎,對向日葵植株的地上部分進行了生長模型的構建。具體工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　 (1)針對向日葵地上部分主要器官(莖、葉、花)各自

3、的不同特點,采用合適的方法分別對其進行幾何模型的構建,以實現(xiàn)通過少量的人機交互達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,并在此基礎之上通過簡單的計算修正輪廓,從而生成鋸齒狀葉緣的方法。
　　 (2)建立向日葵各器官的動態(tài)生長模型,實現(xiàn)向日葵各器官形態(tài)隨時間的動態(tài)變化過程。其中,對傳統(tǒng)的L系統(tǒng)進行改進,并用于向日葵花開過程模擬和葉脈的拓撲結構構建,提高了效率,且節(jié)省了存儲空間；基于形態(tài)特征變化對向日葵的向

4、光性運動進行了模擬。
　　 (3)基于中國科技大學的趙星博士提出的雙尺度自動機模型,以及“生長延時”機制,結合向日葵的具體特征,調用各器官的生長模型,進行向日葵植株的拼接,構建出向日葵植株不斷變化的拓撲結構,實現(xiàn)了向日葵植株的動態(tài)生長過程。
　　 (4)以中小學生物實驗課課堂教學為目的,利用面向對象(Objected Oriented)的思想設計了交互式向日葵虛擬生長系統(tǒng),并采用MFC+OpenGL的組合方式在Visua