柑桔枝干结构可视化建模及多粒度呈现

摘要

随着计算机技术的发展，信息化在农业生产中的应用越来越广泛，计算机图形学，虚拟现实与农业科研生产相结合的主要目的就是解决如何把现实中异常复杂的农业信息以可视化的方式在计算机上实现，从而为农学科研工作者提供一个种易于操作，易于控制且便于交互的平台来研究农学中的各种问题，如形态结构，动态变化等，并产生农学家感兴趣的数据以供科学研究使用。 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，已成为计算机领域的研究热点之一。 可视化技术属于交叉学科，涉及计算机图形学，图像处理，计算机辅助设计，计算机视觉及相关的人工智能等多个领域。它改变了传统农学研究者的研究方法和手段，可以帮助人们更好地认识和理解植物生长过程中的基本规律和量化关系。高效的研究手段在植物生长机理研究，栽培指导以及精确农业技术应用等方面产生了重要的影响。科学可视化技术是运用计算机图形学和图像处理技术，将复杂的科学现象和自然景观图形化。 长期以来，人们在研究植物生长可视化的过程中，吸引了许多计算机科学家、植物学家以及数学家等加入该领域。现今，对于虚拟植物生长主要有两个研究方向。第一是单纯的植物外观形态模拟，注重形态的逼真性。其目的是自然景观的再现，第二是真实植物生长过程的模拟，注重植物学理论的真实性。本文的虚拟植物生长建模可视化研究，属于第一个方向。是虚拟农业研究的核心内容之一，是农业信息化研究的不可缺少的部分。 本文的工作主要在总结前人的研究经验基础上利用柑橘经验模型数据从形态发生模型和可视化模型的角度出发，对柑桔枝干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枝干逐步细分，能够在不同层次全方位地展现柑橘枝干的机理和形态。并且将双尺度自动机模型进行了改进以结合L系统的建模理论共同使用大大提高了植株模拟的真实度。

目录

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声明

第一章绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.1.1 问题的提出

1.1.2研究的理论意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章 植物学基本概念及重要建模方法

2.1 理论基础

2.1.1 计算机图形学

2.1.2 人工生命

2.1.3 植物建模基本理论—分形法

2.2 植物基本结构

2.2.1 植物的轴结构

2.2.2 植物的叶序模式与分枝模式

2.3 基本的植物建模方法

2.3.1 迭代函数

2.3.2 粒子系统

2.3.3 随机过程法

2.3.4 L系统建模方法

第三章 基于双尺度自动机和L系统柑橘枝干结构建模

3.1 结合双尺度自动机和L系统对植物结构的建模

3.1.1 L系统和双尺度自动机模型的分析

3.1.2 人工剪枝条件下对双尺度自动机模型的改进

3.1.3 双尺度自动机模型和L系统的结合

3.2柑桔树结构分析

3.3枝干的多粒度建模

3.3.1 营养枝的建模

3.3.2 结果枝的建模

3.3.3 侧枝的建模

3.4整体的树体结构建模

3.4.1 树的第一年

3.4.2 树的第二年

3.4.3 树的第三年

3.4.4 用L文法建立模型

第四章系统设计与实现

4.1 开发工具介绍

4.2 系统关键技术和设计思路

4.3 系统实现

4.3.1系统建模流程图

4.3.2系统的主要的数据结构

4.3.3产生式迭代算法如下

4.3.4 L-studio输入文件格式

第五章效果评价与应用

5.1 效果评价

5.2 系统研究的应用价值

第六章总结与展望

6.1本文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表论文情况