虚拟植物生长建模

精确农业的进一步发展需要基于作物生长规律的生长过程模拟的支持。近年来,由诸多学科交叉而迅速发展起来的虚拟植物模型,为作物生长模拟的发展开辟了新的道路。其中,植株拓扑结构发展过程的模拟是实现虚拟植物模型的关键技术之一。为了能够客观有效地模拟真实的植物生长过程,应用于精确农业研究,采用L系统方法,结合植物的生长机理,对植物生长过程中受到内、外因素的影响进行了模拟研究。     

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。     

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.     

虚拟生态环境中的植物生长预报系统初探

植物生长的早期预报在农林业生产和植物栽培业的决策和管理中有着重要的意义。由于生态因素的不确定性,使植物生长的早期预报工作成为了人们不断探索的课题。本文研究了生态因子的变化对植物能量生长过程的影响方式,提出了利用生命能量系统动力学模型对不同生态条件下植物生长仿真的策略和目标函数。根据已往的生态因子组合关系归纳出植物生长的几种典型的生态环境,通过Markov过程虚拟了这些生态环境演变的时间序列。并根据植物生长的实验数据,建立了此环境下的植物生长预报模型,从而模拟植物可能的生长状态,估算生长过程中产量分布的置信区间和各种生长状态的概率。     

虚拟植物的建模方法

介绍了虚拟植物及其研究意义;着重讨论了虚拟植物生长模型及建模方法,对不同的建模方法的特点进行了比较分析,总结了不同的建模方法的优缺点及其适用范围;探讨了该领域研究中存在的主要问题,并对虚拟植物建模方法的未来发展趋向及其前景进行了展望。     

模拟植物生长算法在设施选址问题中的应用

以模拟植物生长算法为工具,提出了一种解决设施选址问题的智能优化算法, 结合配送中心选址的实际案例,将模拟植物生长算法与遗传算法的计算结果进行比较,结果表明该算法比遗传算法在精度上有所提高;在此基础上,以50个随机选取的用户为背景,解决了韦伯型多设施选址问题, 不同于其它启发式算法,模拟植物生长算法在得到全局最优解的同时,还可以根据设施数量的不同,将全局最优解与局部最优解进行组合,可以建立整体最优的设施布局, 本算法在应用中显示了精确性、稳定性和通用性特点,是模拟植物生长算法在解决选址问题上的具体应用。     

植物建模与动画合成研究

植物建模与动画合成在虚拟植物、三维动画、游戏制作等领域有广泛应用前景。全面总结植物建模与动画合成领域主要研究成果,对植物建模技术从分形及L系统方法、基于图像的方法、基于三维测量数据的方法 3个方面进行探讨,对植物动画合成技术从基于物理、基于过程、基于视频和基于数据驱动4个方面进行系统分析。对植物建模与动画合成领域需要进一步研究的若干问题进行探讨,并对未来发展趋势及研究方向进行展望。     

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.     

一种新的虚拟卷尺测量交互仿真方法

虚拟卷尺测量是工业培训系统中重要的工序,其交互仿真的逼真度主要取决于抓取的稳定性和卷尺建模的精确性。结合虚拟手,提出一种新的虚拟卷尺测量交互仿真方法,并应用到风力发电机对中培训仿真系统中。通过融合几何规则和物理规则改进抓取判断方法,并利用四元数调整抓取姿态。在三维Bresenham算法的基础上,通过优化顶点设置解决宽度不均等问题,实现虚拟尺条的平滑伸缩。实验结果表明,该方法是有效的,抓取准确自然,卷尺仿真逼真,能够大大提高虚拟培训效果。     

基于立体场景的人控交会对接仿真研究

传统的人控交会对接主要通过观察摄像机产生的十字靶标图像来完成,容易造成人的视觉误差,从而导致手动对接失败。结合图形学理论和虚拟现实技术构建的人控交会对接仿真系统为航天员实时提供逼真的虚拟立体场景,通过各种任务想定对航天员进行飞行任务训练。在实验过程中,航天员通过立体眼镜观察虚拟场景中飞行器的飞行状态,同时操作控制手柄改变飞行器的位置和姿态进行手动对接训练。通过不同的对接实验参数设置,航天员可以反复进行不同条件下的对接训练,而不需要执行空间飞行任务。实验结果表明基于立体场景的人控交会对接训练有较高的成功率。     

面向网络定制设计的虚拟人仿真

为实现适合网络定制设计的虚拟人仿真，提出基于H-anim的虚拟人仿真方法。根据H-anim定义的关节骨架模型，实现了人体的参数化几何建模和关节动画仿真，结合行为模板、规则推理和实例推理构造了人体行为仿真系统。最后介绍了虚拟人仿真在网络家居定制设计中的具体应用。     

基于UML的管道虚拟仿真系统设计

基于面向对象开发过程，构造了管道虚拟仿真系统总体框架，建立了管道虚拟仿真应用子系统的需求分析与系统设计UML模型。从管道虚拟仿真系统OOA到OOD阶段，分别体现了软件复用的特点，能够实现在可复用的UML模型基础上进行过程工业的管道虚拟仿真系统开发。模型可重用性好，已得到实际应用验证。     

基于V代码的虚拟装备仿真研究

从数控加工的G代码中得到启发,设计并实现了一种虚拟仿真的V代码,对V代码进行了定义,开发了V代码的生成工具,分析了基于V代码的装备仿真流程,以太阳电池PECVD装备为应用实例,进行了基于V代码的虚拟仿真验证,结果表明基于V代码的虚拟装备仿真实用准确,仿真效果良好。使用V代码可以方便地编辑装备仿真中的运动方案,灵活地控制仿真过程的进行;仿真程序中预编译的V代码模块,可以增强仿真程序的结构性,提高程序的执行效率。     

集成模糊推理与定量仿真的故障预测系统研究

为解决传统故障诊断方法在装备维修保障方面的不足，将虚拟样机作为一种新的定量推理机制引入到故障仿真和预测领域，提出了基于虚拟样机的装备故障仿真预测模型。以某型自行火炮为研究对象，在ADAMS环境下建立了火炮虚拟样机。仿真预测过程根据用户输入的初始参量由虚拟样机获取初始状态，由基于动态模糊综合评判的预测方法生成候选故障集，虚拟样机结合知识库确认实际发生的故障并找出相应的故障原因和故障部件。虚拟样机的仿真结果和相关的预测实例验证了模型的有效性，表明基于上述模型的故障仿真预测系统可以获得较高的预测精度，能够满足装备预知维修保障的需求。     

基于6自由度坐标模型的虚拟智能实体初探

虚拟现实技术越来越广泛的研究和应用,参与者希望进行更加智能化的人机交互,这对研究者提出了更高的要求。本文提出了一种基于6自由度坐标模型的虚拟智能实体,利用有限状态机来实现智能判断,以此来增加整个虚拟现实系统的人-机交互智能特性。