基于光照模型的植物仿真方法研究

自然环境中影响植物生长的主要因素是植物的内部生长特性和外部环境信息.提出了既考虑植物的内部生长特性又利用植物生长的外部环境信息的森林环境模型,即在开放的L-System的基础上应用外部光照原理来模拟森林植物的生长过程.重点解决了模型之间数据传输以及模块的控制问题,并利用遗传算法对外部环境信息进行优化,尽量地避免了植物在空间位置上的交叉和遮盖.实验结果表明,采用光照模型原理建立的森林环境模型,很好地反映了森林生长的空间特性,充分体现了植物的趋光性和植物间的相互影响,真实地再现了森林的生长过程.     

基于动态贝叶斯网络的虚拟盆景仿真研究

虚拟植物盆景仿真是虚拟现实(VR)技术在植物生长模拟方面的应用。它既能真实地反映盆景植物的生长变化,又能逼真地模拟其外部形态。利用动态贝叶斯网络对不确定预测问题具有较强的描述能力的特点,分析植物的生理生态特征并生成虚拟植物生理生态的网络模型,通过组件接口控制其形态生长模型。由参数L系统和时变L系统结合构成的形态生长模型保证了盆景植物连续的生长特性。实验表明本系统模拟效果真实,生成的虚拟植物形态逼真。     

植物果实的几何造型及可视化研究

提出了一种基于曲面参数方程的植物果实的造型方法。该方法使用凹凸纹理处理方式对椭球面参数方程进行变形,模拟各种不同形状植物果实形状;利用正弦函数的变化规律对植物表面颜色纹理进行模拟。给出了仿真水果模型的实例,模型的可控参数较少,变换灵活,形象直观,易于构建虚拟植物果实的生长模型。     

模拟植物生长算法的原理及应用

为解决国外主流智能算法普遍存在的参数选择难题,模拟植物生长算法(PGSA)以植物独有的向性运动为启发式准则,将优化问题的解空间当做植物的生长环境,通过生长信息和分枝模式(L-系统)构造出依赖优化环境而不断生长的人工植物分枝生长模式,建立了跳出局部最优解并迅速求出全局最优解的遍历搜索机制和智能算法体系.模拟植物生长算法开拓了"无参数智能优化算法"研究的新领域,本文从该算法的思想源头进行阐述,对国内外学者近年来在不同研究领域应用该算法的情况进行了分析和评述,指出了植物生长原理对智能优化领域的影响以及未来的发展方向.     

基于多尺度分析的虚拟植物分枝结构三维重建

提出一种基于多尺度分析的虚拟植物分枝结构三维自动重建方法.首先建立控制分枝结构生长的二维层次自动机模型.对同种植物不同植株生长单元和叶元两级组织的形态和几何数据进行采样,用隐马尔可夫树分析生长单元的统计特征及转移关系,隐状态标记具有不同统计特征的各类生长单元,并采用半马尔可夫链描述产生各类生长单元的叶元序列.多尺度分析结果作为二维层次自动机模型的参数,自动控制三维重建过程.仿真实验表明本方法能够较真实地自动重建同种植物分枝结构的三维模型,能满足虚拟农业实验室的植物建模需求.     

基于虚拟器官的植物可视化

提出一种基于虚拟器官的植物可视化方法。该方法将真实植物器官的生理和形态属性抽象为虚拟器官的属性,以虚拟器官间的关系描述虚拟植物的形态,并通过对虚拟器官属性的变化来实现对整个植物生长过程的模拟。虚拟器官的属性变化由生长规则所控制。生长规则依据虚拟器官的属性和当前的环境属性来决定下一生长周期虚拟器官属性的变化。环境属性的变化由虚拟环境根据环境变化规则来模拟。植物最终的3D形态,由3D引擎通过读取各个虚拟器官的属性来进行展示。实验证明该方法能够对植物生长进行逼真的模拟。

Abstract：

A virtual organ based plant visualization method was proposed.Virtual organ was the representation of physiological and geometric attributes of real plant organ.And the relation among virtual organs was used to describe structure of plant.The process of plant growth controlled by growth rules could be realized by changing attributes of virtual organ.The attributes of virtual organs in the next growth period were determined by growth rules according to the current attributes of virtual organs and environment.The attributes of environment whose changes were controlled by variation rules were simulated by virtual environment.Finally 3D graph of visual plant was rendered by 3D engine which read the attributes of virtual organs to control the rendering process.Experiments show that plant growth can be simulated realistically by this method.     

基于GroIMP的水稻功能与结构仿真模型研究

为探索植物仿真模型构建方法及提高仿真模型构建效率,设计并实现了一个基于相关生长语法RGG及扩展L系统的植物模型构建语言XL的水稻秧苗功能与结构模型.该模型包含了光环境模块、植物结构模型、生理功能模型以及环境设置模块,从而能够在植物外部形态层面及内部生理功能层面同时来描述虚拟植物的生长过程,并通过对植物生理过程与形态结构及环境因子的交互作用的考虑,能够在开源及交互的建模平台GroIMP上实现对虚拟植物的生长状态进行综合预测与动态可视化.简要地介绍了模型中主要模及子模型构建的主要方法及模型构建的关键步骤,并通过模型的图形、数据输出验证了模型的有效性.经过简单地扩展,构建的模型可以直接应用到水稻整个生长期的建模仿真研究中.     

水稻植株虚拟生长可视化系统设计及其实现

将系统分析方法和数学建模技术应用于水稻植株的形态建成,通过对水稻形态数据的定量分析湘建了水稻地上器官形态几何模型,在此基础上设计了水稻植株虚拟生长可视化系统.整个系统由器官几何形态模型模块,生长模型模块,可视化控制模块、数据库和人机交互界面等组成.水稻植株三维形态是由各器官形态结构特征参数的几何模型来描述的.根据水稻器官几何形态参数,通过人机交互操作,采用vc++6.0和OpenGL标准图形库,在计算机上重构出水稻器官、主茎和植株群体的三维形态,具有较好的真实感.     

基于微分L系统理论的植物根系生长模拟的算法

根据植物根系的几何特征,利用微分L系统理论设计生成植物根系连续生长的算法。产生式用于表达植物根系分枝的产生,生长函数用于控制内节点的长度(根段随时间的延长)、分枝根的长度和分枝角的增加。植物根系的生长函数呈S形,用三次多项式表示。     

植物冠层光照的建模与虚拟现实仿真研究

植物虚拟现实仿真是将植物看作一个器官集合,从功能和几何结构上描述植物体（群落）,并利用计算机相关技术进行三维可视化的研究工作。绝大多数的植物生长过程主要由光照驱动,所以植物虚拟现实仿真研究工作中对器官吸收光照的测量十分重要。首先根据光照与植物冠层的作用关系,给出了适用于PAR或uV下植物生长过程模拟中器官截取太阳光线和天空光线的辐亮度公式;通过光线投射和投影方法分析了主光源对植被冠层照射的作用原理;结合MonteCarlo光线追踪方法和辐射度方法总结了植物冠层的光线多重散射描述方法;最后利用虚拟现实建模语言对植物冠层光照及环境进行三维可视化模拟和输出。图6,表3,参25。