分形理論及骨架模型在土壤和根系可視化中的應(yīng)用.pdf

1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)和農(nóng)業(yè)知識(shí)的有機(jī)結(jié)合使得對(duì)農(nóng)林植物及其生長(zhǎng)環(huán)境的研究跨入到數(shù)字化和可視化的階段，在計(jì)算機(jī)上以三維可視的方式分析、研究和設(shè)計(jì)農(nóng)林植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)過(guò)程已經(jīng)成為可能。土壤是農(nóng)林植物最基礎(chǔ)的生存環(huán)境，根系是植物與士壤相互作用的紐帶，開展土壤和根系的可視化研究工作具有重要的研究意義，不但可以有力地推動(dòng)和促進(jìn)數(shù)字植物的研究，對(duì)相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用和拓展也具有積極的作用。 本文利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)和技術(shù)，對(duì)土

2、壤孔隙結(jié)構(gòu)和土體三維可視化、玉米根系三維可視化交互建模進(jìn)行了研究，具體研究結(jié)果如下： (1)利用Koch曲線實(shí)現(xiàn)了土體孔隙結(jié)構(gòu)三維可視化仿真建模?；趶V義能量極小值原理，把傳統(tǒng)的Koch曲線由二維擴(kuò)展到三維；建立了土壤孔隙孔徑和深度之間的關(guān)系，確定了每條孔隙通道的空間分布；采用逐層繪制技術(shù)來(lái)繪制土體孔隙；最后通過(guò)“虛擬土壤”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模型驗(yàn)證，結(jié)果表明在計(jì)算機(jī)上重建的土體孔隙能較好地表現(xiàn)特定土壤土體孔隙結(jié)構(gòu)特征，具有較強(qiáng)真實(shí)感。

3、 (2)利用粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了土體結(jié)構(gòu)和土壤顆粒的可視化建模。首先建立土壤粒子系統(tǒng)模型框架，定義了9種基本土壤粒子；其次設(shè)置土壤粒子系統(tǒng)的初始狀態(tài)，然后分析并設(shè)定土壤粒子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)變化；最后通過(guò)粒子運(yùn)動(dòng)得到了可視化土壤，并且通過(guò)計(jì)算三種不同土壤孔隙度進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果和趨勢(shì)都與實(shí)際相符。 (3)研究提高粒子系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的方法，在一定程度上提高了模擬土壤顆粒的速度。 (4)采用視點(diǎn)控制技術(shù)和八叉樹碰撞檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了“虛