三维树木模拟研究与应用

以往树木模拟时只注重其外在形态的相似性,而忽略其生理特性和环境因素的影响。因此,以描述树木形态结构的L文法为核心,并结合树木的几何特性、生物学相关知识和具体环境因素,构建了3M+L树木模型。实验表明:该模型不仅具有良好的灵活性、交互性和普适性,而且利用该模型模拟出来的树木具有较高的逼真度,达到了很好的视觉效果。     

植物生长中向光性的模拟

本文主要研究光照对植物生长发育的直接和间接影响,重点研究植物生长中的向光性运动。通过开放式L系统模拟植物的生长过程,使用八叉树、光线跟踪等方法为植物生长的光照环境建模,并实现植物与光照间的动态交互。在实验中对植物的向光生长进行了可视化模拟。     

基于L系统的三维树的改进建模方法

基于L系统的树的建模方法是一种基于符号的重写系统,它是一种常见树木建模方法,但是由此生成的树的模型相对简单,缺乏对树枝的粗细、分叉角度等细节信息进行有效进行控制,真实感不够强.文章提出一种基于L系统的树的改进建模方法,在模型构建过程中,对树枝的粗细度、长度以及分叉角度等细节信息进行控制,并拓展到三维空间,实现了三维树模型的真实感绘制.     

利用二次随机法进行L-系统的符号变异

通过利用二次随机法进行L-系统的符号变异,使生成的植物形态在具有非严格自身相似的基础上,能够模拟更多的形态,缩小了理论形态生长与现实之间的差距,扩展了L-系统的表达能力。     

基于参数L系统的三维树木仿真

研究利用参数L-系统对树木进行快速高效三维仿真的方法.首先对树木的抽象模型及参数L-系统进行简要分析,然后利用参数L-系统构建树木的初始骨架,并通过Hermite曲线拟合获取树木的优化骨架,在优化骨架与参数L-系统生成的树枝半径的约束下,利用Frenet标架与相关的三维几何理论重构树木的三维网格模型,同时结合树叶的简化模型完成整个树木三维模型的仿真,最后通过实验验证文中所提方法的可行性.实验证明,所提出的三维树木的仿真方法不仅有效地减少了模型的数据量,且能灵活地模拟各种形态的树木.     

基于力学模型的植物枝条弯曲模拟的研究

自然界中遍布着千姿百态的植物,多年来,植物模拟技术作为不规则物体建模领域的一个重要分支,一直被众多的科学家所关注.植物枝条弯曲形状的模拟是植物模拟的重要内容.针对枝条弯曲形状的模拟,分析了植物枝条的生物力学模型,将材料力学中弹性杆件的简易受力模型与基于L系统的植物模拟算法相结合,模拟了重力和趋向性对于枝条弯曲形状的作用,有效地生成了自然逼真的植物枝条弯曲形状.     

基于L系统的树木建模与仿真

基于L系统的建模方法是虚拟树木仿真的一种常用方法。针对传统L系统方法绘制的树木可交互性不强,造型呆板,绘制速度较慢的缺点,对L系统绘制流程进行改进以减少不必要的字符串重写次数和分形计算量;通过对重写规则引入概率因子来获得更好的随机性,进一步提高真实感;通过文中提出的SCA算法(Slices-Compression Algorithm)减少绘制树木分枝需要的矩形数量,提高绘制速度。实验结果表明,该方法绘制的树木具有较好的真实感,可交互性强,且绘制速度较快。     

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。     

自然树木风吹效果的分形模拟

为了使生成的植物图像更加形象逼真,文章给出了在分形的递归过程中,调用随机函数来模拟自然界中树木的方法和用Turbo C编写源程序。并能通过改变每根树枝负重的大小来偏离原方向一角度(负重越大,偏角越小)来实现树木的风吹效果。论文中还将随机性引入L系统,并给出了生成随机数的算法。     

基于三维模型的枇杷冠层光截获模拟与分析

利用点云数据与L-系统规则结合建模的方法,生成精细与高真实感的枇杷果树模型;利用辐射度模型模拟计算了枇杷冠层截获的光合有效辐射（PAR）,并从受光面积与光合速率的角度对不同冠形的枇杷冠层光截获效率进行了定量化分析。结果表明：植物冠形对于入射光的响应有明显差异;经过比较,枝叶排列较为开阔且均匀的冠形光截获量与光合速率更优,冠层整体日平均直射PAR与散射PAR分别为154.77 umol·m-2·s-1与47.20 umol·m-2·s-1,日最高光合速率为3.97umol·m-2·s-1。模拟结果与实际情况基本一致,合理可信。研究结果可为农业生产管理以及果树形态设计提供了科学依据与参考。