基于遗传L-system人工花卉繁殖与研究

论文摘要

虚拟现实技术的研究方兴未艾。许多艺术家、设计师、生物学家、和计算机科学家都对人工创建植物模型产生了浓厚的兴趣。但是,人们发现用于建模人工植物的许多方法都过于复杂和不精确。当前,包括计算机图形图像学家Prusinkiewicz、计算机科学家Jacob、Jim Hanan等在内的许多学者都曾利用生物学家Lindenmayer的重写规律语言L-systems、进化方法以及图像处理程序语言研究人工植物模型。在国内,中国农业大学虚拟植物实验室的成立,使得国内也开始有更多学者关注这种人工植物建模的方法。本文是基于遗传L-systems的人工植物花卉研究。研究方法是利用L-systems对植物建模方面的强大功能并结合遗传算法。本文深入分析了L-systems的各种分类,L-systems应用于植物建模需要首先解决的问题,还探讨了模拟自然植物生长时的L-systems的规律,对于虚拟现实的基本原理也做了简要的分析。论文引入了遗传L-systems概念（GAL）,将遗传算法的强大搜索能力引入到L-systems当中,研究设计了合适的适应函数,并综合考虑了实际自然植物生长的光合作用、结构对称性、稳定性和植物适应环境生长的其它因素。将L-systems字符串作为种群进行繁衍进化,最终找到“最优”的植物生长模型。另外,本文在Windows环境下,利用DirectX图形图像处理技术,试验建模了遗传L-systems解释器,优化了程序设计和算法效率。并根据L-systems应用到自然生物模拟的特点,设计了遗传算法控制的L-systems成长策略,成功地模拟生成了人工花卉的生长。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 论文背景
• 1.2 L-systems 以及遗传L-systems 研究
• 1.3 VR 和GA
• 1.4 研究目的
• 第二章 L-systems
• 2.1 D0L-systems
• 2.2 括号 L-systems（Bracketed L-systems）
• 2.3 龟形（Turtle）
• 2.4 参数 L-systems （Parametric L-systems）
• 2.5 现场 L-systems （Context-sensitive L-systems）
• 2.6 L-systems 生成植物的规律
• 2.7 L-systems 与环境因素
• 第三章 遗传L-system
• 3.1 遗传算法
• 3.2 遗传 L-system
• 第四章 遗传L-systems 算法实现
• 4.1 L-systems 的算法实现
• 4.2 遗传L-systems算法实现
• 4.3 人工花卉繁殖试验结果（GALFlowers）
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致 谢
• 个人简历