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基于人工生命约束条件的玉米虚拟生长模型的构建与可视化

张丽娜

  计算机图形技术和仿真技术的飞速发展,推动了对自然界中植物仿真的研究。虚拟植物涉及到植物学、数学、图形学、教育学等多种学科,是一个跨学科的交叉性研究领域。准确的说虚拟植物是指,在三维空间中,利用计算机来模拟植物的生长发育过程,以反应植物的形态结构和生理结构的规律。在计算机辅助设计、教育和培训、休闲和娱乐、电子商务和虚拟实验室等各个领域中占有重要地位,应用广泛。 目前,针对虚拟植物,已经建立多种模拟模型和建模方法。但各种建模方法都不是普适的,而且很难平衡建模效率和建模结果的真实感,因此单一的建模方法不能满足高效的建模需要。总得来说虚拟植物的研究分为:形态外观的模拟,关注于视觉上的真实感;植物生理生长过程的模拟,注重符合植物学理论。但是将形态结构模型和生理约束模型相结合的研究较少。玉米在国民经济中占有重要的地位,因此,以玉米为例进行研究意义重大。 本文基于虚拟植物的研究现状,针对单一建模方法的不足,做了以下一些研究:首先总结现存的问题以及本文的研究意义与价值。其次介绍计算机图形学、人工生命原理、植物学原理、Bézier曲线和曲面知识。再次分析玉米形态结构和生长特征,选取合适的生长函数。论文主体部分详细比较研究各种建模方法,提出一种改进的随机参数L系统方法,模拟了虚拟玉米拓扑结构,利用Bézier曲线、曲面结合合适的生长函数来实现虚拟玉米茎、叶、雄穗等各个器官几何生长模型的构建,接着然后研究气温、日长等环境因子对玉米生长过程的影响,建立虚拟玉米约束模型,再将玉米生长模型和约束模型相结合。最后在VC++开发平台下,利用OpenGL图形库技术实现了虚拟玉米动态连续生长过程的模拟。充分验证了本文阐述的建模方案的有效性,并具有一定的实际应用价值。……   
[关键词]:人工生命;虚拟植物;子结构;L-系统;生长函数
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:东北师范大学2011年
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