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虚拟柑橘生长可视化建模研究与实现

邓青青  
【摘要】: 虚拟现实技术为包括农业在内的众多领域中的可视化研究提供了新的方法。虚拟植物(Virtual Plant)就是虚拟现实技术在农业领域的应用。它是应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育,以可视化的方式反映植物的形态结构规律,是随着信息技术进步而迅速发展起来的新兴研究领域,己成为计算机领域的研究热点之一。 本文首先简要地说明了当前植物生长模拟的一些研究成果和进展,接着重点从形态发生模型和可视化模型的角度出发,对虚拟植物的生长过程进行了多粒度的建模和研究。所谓多粒度,就是指在不同的视角下对虚拟植物进行展示。模型由植物整株到部分到器官逐步细分,能够在不同层次全方位地展现植物的机理和形态。 论文所做的主要工作和取得的成果如下: ①结合L系统和Bézier曲面,论述了对植物器官进行建模的方法,并以柑橘花为例,建立了果树的果实从花蕾到开花到结果的全过程生长模型。同时,对柑橘树叶子的发育建立了模型。 ②提出利用双尺度自动机模型和L系统共同对植物进行建模的方法。首先,为使双尺度自动机模型能够对复杂的植物进行建模,对其进行了改进,针对其微状态提出更为简洁清晰的建立方式,并提出了带有剪枝功能的双尺度自动机;接着阐述了将改进后的双尺度自动机模型转换成L系统的一般方法,使这两种方法能够互补地提高建模效率。 ③从果树栽培的角度,深入研究了经过人工修剪的柑橘树生长的生理机制,并利用改进后的双尺度自动机模型和L系统,先后建立了各级枝条和整棵树的生长模型。在树的生长模型中考虑了剪枝的影响,建立了在人工栽培的情况下从幼苗发育为成年结果树的各年份的经验生长模型。 ④在L-studio中对柑橘的多粒度模型进行了实验,实现了柑橘树从幼苗到成年树的完整的生长过程,并展示了从器官到枝条到整棵树的不同层次的虚拟生长效果。


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