梨樹(shù)枝干模型構(gòu)建與三維實(shí)現(xiàn).pdf

1、虛擬植物是近年來(lái)隨著信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而興起的新的研究領(lǐng)域,是建立在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、植物學(xué)、數(shù)學(xué)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多門學(xué)科基礎(chǔ)之上的交叉學(xué)科。虛擬植物建模是指應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象在計(jì)算機(jī)上模擬植物在三維空間的生長(zhǎng)過(guò)程，它可以在很短時(shí)間內(nèi)模擬整株甚至整群植物的整個(gè)生命周期，不必用很長(zhǎng)的時(shí)間實(shí)地種植作物，節(jié)省了時(shí)間和人力，同時(shí)也節(jié)省了費(fèi)用,為植物的生長(zhǎng)研究提供了快捷直觀的科學(xué)研究方法。而L系統(tǒng)因其對(duì)真實(shí)植物的

2、形態(tài)結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的模擬能力，已成為虛擬植物建模的重要工具。與其他方法相比，L系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型植物的模擬，其形式語(yǔ)言方法具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。
　　 虛擬果樹(shù)枝干模型的建模對(duì)虛擬果樹(shù)生長(zhǎng)的研究著重要的影響，其表達(dá)是虛擬建模系統(tǒng)中一個(gè)主要研究?jī)?nèi)容。自上世紀(jì)下半葉至今，研究者構(gòu)建了多種樹(shù)木枝干模型，但針對(duì)果樹(shù)不同樹(shù)形的結(jié)構(gòu)目前并沒(méi)有進(jìn)行深入研究。為了真實(shí)的模擬果樹(shù)枝干形態(tài)，本文提出形態(tài)特征信息和參數(shù)L系統(tǒng)相結(jié)合的果樹(shù)枝干可視化方

3、法。以梨樹(shù)的樹(shù)體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，提煉其相關(guān)的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征以及生態(tài)生理等特性變化；應(yīng)用L系統(tǒng)建模方法對(duì)梨樹(shù)建立包含樹(shù)枝的粗細(xì)、分叉角度等細(xì)節(jié)信息的模型；最后使用OpenGL 三維建模技術(shù)將梨樹(shù)生長(zhǎng)幾何信息轉(zhuǎn)化為直觀的三維可視化圖形信息，模擬出梨樹(shù)常見(jiàn)樹(shù)形(自然開(kāi)心形、主干疏層形、小冠疏層形、紡錘形)的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)，為開(kāi)發(fā)梨樹(shù)整形修剪計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。本文研究工作具體描述如下：
　　 1.基于L系統(tǒng)的虛擬果樹(shù)建模方法研究結(jié)合梨

4、樹(shù)的生長(zhǎng)模式、分枝方式等生長(zhǎng)知識(shí)，深入研究L系統(tǒng)理論及其算法，確定描述梨樹(shù)形態(tài)結(jié)構(gòu)的總體框架；針對(duì)梨樹(shù)各種樹(shù)形的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，提取基于L系統(tǒng)的梨樹(shù)形態(tài)規(guī)則，建立梨樹(shù)虛擬枝干模型。
　　 2.基于規(guī)則模型的三維可視化輸出在Windows 操作系統(tǒng)中，以Visual C++和OpenGL 圖形庫(kù)為開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用開(kāi)放式圖形庫(kù)OpenGL 作為渲染工具，對(duì)建立的規(guī)則模型進(jìn)行三維真實(shí)感渲染、視角變換、顯示縮放、光照設(shè)置等，最終完成模型的可