小麥生長(zhǎng)可視化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬作物將農(nóng)業(yè)科學(xué)和信息技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬作物的器官、個(gè)體、群體在計(jì)算機(jī)上的生長(zhǎng)發(fā)育情形，對(duì)現(xiàn)實(shí)作物的形態(tài)結(jié)構(gòu)生成逼真的三維植物個(gè)體或群體模型，有著重要的研究意義和廣闊的前景。本研究以小麥為對(duì)象，基于已有的小麥結(jié)構(gòu)功能模型及可視化系統(tǒng)，研究小麥器官的幾何建模技術(shù)、真實(shí)渲染制技術(shù)以及個(gè)體和群體的碰撞檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)而基于VC++和OpenGL庫(kù)，研究小麥可視化中光照陰影渲染技術(shù)，并設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了器官、個(gè)體和群體的碰撞檢測(cè)和響應(yīng)算法，研究

2、結(jié)果為虛擬小麥研究提供了技術(shù)支持。
　　光照是小麥生長(zhǎng)發(fā)育最具有影響力的環(huán)境因子，在陽(yáng)光下小麥總會(huì)在自身或地面或其他小麥葉片的器官上投下斑駁的陰影，是小麥?zhǔn)种匾囊曈X特征。本文對(duì)小麥陰影的生成及繪制技術(shù)進(jìn)行了研究，并針對(duì)使用NURBS曲面對(duì)小麥進(jìn)行建模的方法的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的陰影映射算法基礎(chǔ)上，采用深度偏移的方法解決無(wú)法生成正確的小麥葉片陰影圖以及自遮擋的問(wèn)題，基于GPU以及百分比靠近濾波實(shí)現(xiàn)了對(duì)小麥軟陰影的模擬。分析了當(dāng)前陰影算

3、法的適用性，提出使用深度偏移來(lái)解決生成小麥陰影圖時(shí)的光斑現(xiàn)象，比較了應(yīng)用傳統(tǒng)陰影貼圖法與基于GPU和百分比靠近濾波的軟陰影對(duì)小麥陰影的生成效果，以及不同濾波核對(duì)生成小麥陰影效果的影響。
　　針對(duì)小麥器官在組裝成個(gè)體過(guò)程中的交叉現(xiàn)象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于包圍體層次樹技術(shù)和碰撞檢測(cè)算法。對(duì)于小麥的不同器官，本方法先利用OpenGL對(duì)葉片的NURBS曲面進(jìn)行分格化，利用獲取三角形數(shù)據(jù)，對(duì)所有三角形構(gòu)建包圍體層次樹結(jié)構(gòu)，以包圍體的相交檢測(cè)結(jié)果來(lái)

4、判定三角形是否相交，最后判定葉片是否相交;對(duì)較為直立的莖稈乖麥穗以其形態(tài)參數(shù)構(gòu)建單個(gè)包圍體，同樣利用分離軸定理來(lái)判定其相交狀況;對(duì)小麥植株單莖，以不同器官的最大包圍體為根節(jié)點(diǎn)，使用最長(zhǎng)軸分割法建立單莖的包圍體層次樹進(jìn)行不同單莖之間的碰撞檢測(cè);對(duì)小麥植株群體使用四叉樹空間分割法來(lái)分割不同單莖所在的空間位置，減少單莖之間的相交檢測(cè)。最后，對(duì)葉片使用不同的包圍體層次樹算法進(jìn)行了分析比較，并對(duì)發(fā)生碰撞檢測(cè)的器官和個(gè)體實(shí)現(xiàn)了有效的碰撞響應(yīng)機(jī)制。實(shí)