虚拟植物可视化相关技术研究

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虚拟植物是指在计算机上应用虚拟现实技术在三维空间中模拟植物的生长发育过程。虚拟植物可视化技术的研究是虚拟农业研究的重要组成部分,在数字农业、大型自然场景仿真系统、虚拟娱乐、科研、教育等诸多领域具有很高的应用价值。当前常见的植物建模的方法大都是基于分形的思想,通过描述植物整体和局部的自相似性的特点来对植物进行建模,其基本的方法有迭代函数、粒子系统和L-系统等;每种方法都有一定的局限性和适用范围,只能满足某一方面的需求。   本文分析了植物模型的基本概念,比较了常用虚拟植物建模方法,给出了基于L一系统的虚拟植物逼真模拟的一种新方法,主要思想是通过构造一系列状态函数来调节植物器官的生长状态,并实现了虚拟植物生长模拟系统。所做的主要工作为:①考察了植物模拟的主要方法,对各种方法的原理、表达特点、优点和不足进行了分析,发现L-系统能够简洁地描述植物的拓扑结构,具有定义简单、结构化程度高、易于实现等优点。②在植物形态模拟方面,使用VRML技术对器官建模,并针对现有基于L-系统方法的局限性,提出了状态函数L-系统。该方法在迭代的过程中引入循环控制,能够在各次迭代过程中产生不同数量的茎、叶,并通过引入状态函数来控制茎、叶的数量以及树枝的空间生长状态。③该方法在逼真模拟方面取得了较为理想的效果,同时也为任意形态植物的模拟研究提供了新的思路。④采用Java语言结合VRML技术,实现了虚拟植物生长可视化系统。   试验结果表明本文提出的算法切实可行,生成的植物更加自然逼真。
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