小麥生長可視化關(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)上的生長發(fā)育情形，對現(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技術(shù)，進(jìn)而基于VC++和OpenGL庫，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。
　　光照是小麥生長發(fā)育最具有影響力的環(huán)境因子，在陽光下小麥總會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。本文對小麥陰影的生成及繪制技術(shù)進(jìn)行了研究，并針對使用NURBS曲面對小麥進(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法生成正確的小麥葉片陰影圖以及自遮擋的問題，基于GPU以及百分比靠近濾波實(shí)現(xiàn)了對小麥軟陰影的模擬。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小麥陰影的生成效果，以及不同濾波核對生成小麥陰影效果的影響。
　　針對小麥器官在組裝成個(gè)體過程中的交叉現(xiàn)象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于包圍體層次樹技術(shù)和碰撞檢測算法。對于小麥的不同器官，本方法先利用OpenGL對葉片的NURBS曲面進(jìn)行分格化，利用獲取三角形數(shù)據(jù)，對所有三角形構(gòu)建包圍體層次樹結(jié)構(gòu)，以包圍體的相交檢測結(jié)果來

4、判定三角形是否相交，最后判定葉片是否相交;對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判定其相交狀況;對小麥植株單莖，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;對小麥植株群體使用四叉樹空間分割法來分割不同單莖所在的空間位置，減少單莖之間的相交檢測。最后，對葉片使用不同的包圍體層次樹算法進(jìn)行了分析比較，并對發(fā)生碰撞檢測的器官和個(gè)體實(shí)現(xiàn)了有效的碰撞響應(yīng)機(jī)制。實(shí)