基于L-系统果树根系的计算机模拟

摘要

本文从研究苹果根系出发，在前人实验结果的基础上，基于L-系统实现了苹果树根系的计算机模拟，该模型能模拟新栽苹果树根系在一年内的生长发育过程，包括新根产生、长度变化、直径变化，以及对新根产生的高峰期的模拟。　　主要研究内容及成果如下：1.根据果树根系的生长规律，提取了L-系统的生成规则，确定了根系生长所需的参数(分枝角度，延迟时间)，同时还考虑了由于养分损失所引起的根系形态结构变化。2.在确定几何参数后，由于根系的结构不可能完全一样，所以在根系参数中加入了随机数，以便更好地反映根系在实际环境中生长的情况，产生更加逼真的效果。3.基于分形理论和计算机可视化技术，模拟了对不同深度树穴下新栽苹果树根系的生长变化，包括形态结构变化和生长点动态变化。4.用直线表示根段时，根系的空间视觉性较差，同时在不同直径段处阶梯现象比较严重。用圆柱代表根段，降低了不同直径下根段的突变问题，同时还实现了根系在三维空间内的生长变化。5.建立了用户控制界面，用户可以通过改变参数，实现对模型的控制。通过改变分枝角度，可以实现对其它果树形态结构的模拟。通过改变能量消耗参数，可以实现由于养分损失引起的根系时空上的变化。实际上，只需根据不同果树根系的自然特性，适当得修改生长参数，就可以模拟不同果树根系的生长过程。同时可以通过改变时间来模拟根系在任一天内的生长情况。6.首次将L-系统引入果树根系的计算机模拟中，事实证明这种方法是完全可行的。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3果树根系可视化模型的研究意义

1.4论文的主要研究内容

第二章分形与L系统基本理论

2.1分形

2.1.1分形的定义

2.1.2研究分形的方法

2.2 L-系统的基本概念

2.2.1 L-系统原理

2.2.2龟解释模型

2.3 L-系统的扩展及应用

2.3.1加括号的L-系统与分支结构

2.3.2参数L-系统

2.3.3植物的生存，死亡与复制

2.3.4基于语义相关的L-系统

2.4小结

第三章果树根系的计算机模拟

3.1果树根系的基本知识

3.1.1果树根系类型

3.1.2果树根系结构

3.1.3果树根系的分布

3.1.4根系在生命周期和年周期中的变化

3.2根系生长模型的建立基础

3.3根系模型的建立

3.4根系生长过程模拟的实现

3.4.1 40cm深度树穴时根系的模拟

3.4.2 60cm深度树穴时根系的模拟

3.5小结

第四章结果与讨论

4.1主要研究成果

4.2尚需进一步研究的问题

参考文献

致谢