基于人工生命的骆驼刺根系的模型构建与研究

论文摘要

虚拟仿真是虚拟现实技术在实际应用中的研究热点之一,其中虚拟植物是借助于虚拟现实技术、计算机图形学、植物生理生态学等理论做技术支撑,根据生物学提供的可靠数据,系统地描述植物生长发育过程并通过计算机以可视化的方式呈现给人们,因此虚拟植物是多种学科有机结合的产物。虚拟植物的研究包括根系(地下)研究和非根系(地上)研究,从目前的研究现状来看,人们对植物地上部分的研究已经做出了大量成果,而地下部分作为植物生长的重要组成部分也是不容忽视的研究对象。由于虚拟植物研究的对象是植物个体,而植物的种类繁多、生长环境受多种因素影响,因此要将植物形态与生理结构相结合,构建出形象的、逼真的动态生长模型成为了根系研究的难点。本文首先介绍了课题研究的背景、理论与实际意义及国内外研究现状,对虚拟植物根系生长过程涉及到的理论基础做出了相关的总结。其次,分析比较了各种常见的植物建模方法,选择分形理论中基于参数随机L系统方法对骆驼刺根系生长进行建模。最后,按照骆驼刺根系生长的生理结构,将向水性、向地性等因素考虑进去,构建出根系生长的约束模型,使其与骆驼刺形态生长结构模型很好的结合在一起,更加真实的模拟出骆驼刺根系生长发育的过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 相关理论基础及建模理论
• 2.1 研究的理论基础
• 2.1.1 计算机图形学理论
• 2.1.2 人工生命理论
• 2.1.3 生物学理论
• 2.2 人工植物建模的分形理论
• 2.2.1 分形技术理论
• 2.2.2 常见的分形建模方法比较
• 2.3 L 系统方法
• 2.3.1 L 系统方法的分类
• 2.3.2 各种方法的比较
• 第三章 骆驼刺根系生长模型的构建
• 3.1 骆驼刺根系形态模型的构建
• 3.1.1 结合根的生长参数选择合适生长函数
• 3.1.2 根节点间形态生长模型的构建
• 3.2 骆驼刺根系拓扑结构的构建
• 3.2.1 模拟骆驼刺根系生长的工作流程
• 3.2.2 基于D0L 系统构建的骆驼刺根系拓扑结构
• 3.2.3 算法测试
• 3.3 改进的三维参数随机Ｌ系统构建骆驼刺根系拓扑结构
• 3.3.1 参数随机 L 系统的分析
• 3.3.2 绘制三维L 系统的改进
• 3.3.3 旋转算法
• 3.3.4 拓扑结构的绘制
• 3.3.5 算法测试
• 第四章 骆驼刺根系的生长约束模拟研究
• 4.1 骆驼刺根系约束模型的构建
• 4.1.1 根的向水性建模
• 4.1.2 根的向地性建模
• 4.2 控制骆驼刺根系生理功能的参数
• 第五章 系统的设计与实现
• 5.1 开发工具
• 5.2 系统设计
• 5.2.1 模块设计
• 5.2.2 类设计
• 5.2.3 流程设计
• 5.2.4 界面设计
• 5.3 编码实现
• 5.4 结果演示
• 5.4.1 简单生长过程
• 5.4.2 骆驼刺生长模型可视化
• 5.5 实验效果分析与应用
• 5.5.1 与其他虚拟植物根系模型的比较
• 5.5.2 系统模型的应用
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文情况