基于L-系統(tǒng)的植物形態(tài)模擬方法的研究與應用.pdf

1、分形理論是近二、三十年才發(fā)展起來的一門新的學科，它主要描述自然界中的非線性系統(tǒng)中不光滑和不規(guī)則的幾何形體。傳統(tǒng)的歐氏幾何主要研究規(guī)則圖形和光滑曲線，對自然植物的描述卻顯得無能為力，種類豐富的植物雖然形態(tài)千差萬別，卻大都具有自我相似、自我繁殖的分形特征，分形理論就為自然植物的模擬提供了描述語言和理淪基礎。近年來，分形理論逐漸發(fā)展，而分形植物模擬也成為了計算機仿真領域的重要課題。 自從美國生物學家Lindenmayer于1968年提

2、出L-系統(tǒng)后，L-系統(tǒng)不斷完善，為植物的構(gòu)型及描繪提供了新的途徑。1984年A．R．Smith等人將L-系統(tǒng)引入了計算機圖形學中，在計算機上模擬生成了各種形念的植物，顯示了計算機在模擬植物方面的強大能力，為在計算機上實現(xiàn)模擬植物的生長形態(tài)提供了理論依據(jù)，后來在加拿大學者Prusinkiewicz等的發(fā)展下，成為植物生長建模的主要方法之一。 傳統(tǒng)的基于L-系統(tǒng)的分形植物雖然也能夠表現(xiàn)物種之間的差異和體現(xiàn)物種的多樣性，但分形模擬過程

3、與物種的自然生成過程差別很大，分形過程也無法與自然界的物種遺傳、物種生存環(huán)境的選擇、進化和變異作用建立必然聯(lián)系，所以本文在對幾種不同類型的L-系統(tǒng)和遺傳算法基本原理研究分析的基礎上，提出了將基于L-系統(tǒng)的植物模擬方法與遺傳算法結(jié)合的思想，以期得到更符合自然規(guī)律的植物形態(tài)。本文主要工作如下： 1、在隨機L-系統(tǒng)的參數(shù)設計中引入遺傳算法。 本文對隨機L-系統(tǒng)中涉及到的參數(shù)通過遺傳算法進行重新設計，將經(jīng)過重新設計的參數(shù)表應用于

4、相同的產(chǎn)生式集，可以生成結(jié)構(gòu)有不同變化的植物形態(tài)，來繼續(xù)豐富我們的植物資料庫； 2、在單規(guī)則L-系統(tǒng)和多規(guī)則L-系統(tǒng)的產(chǎn)生式設計中引入遺傳算法。 本文通過遺傳算法對L-系統(tǒng)產(chǎn)生式中的字符或者整個的產(chǎn)生式進行重新設計，并定義了符合植物生長過程中保持平衡性、穩(wěn)定性、趨光性等特點的適應度函數(shù)，來體現(xiàn)外界因素對植物生長形態(tài)的影響； 3、把基于L-系統(tǒng)的植物模擬方法與遺傳算法結(jié)合的思想應用到虛擬植物生長的過程中。