基于叶片变形的植物叶脉可视化造型研究

摘要

虚拟植物是生物学、林学以及生态学和计算机图形学的交叉学科，在近些年有非常广泛的应用，并且受到了很多学者的关注。为了达到更好的虚拟效果，就必须对植物的细枝末节进行仿真模拟，植物叶片的模拟成为了近些年来很多学者模拟的对象。　　根据生物形态学的相关知识，不同植物的物种之间的差别可以通过观察植物的叶片形状和植物的叶脉形状来判定，因此模拟植物叶片与叶脉对植物识别具有重要的指导意义。植物叶片可以分为叶缘、叶基以及叶尖。叶脉可以分为一级脉、二级脉、三级脉以及更小的细脉。叶片的一级脉和二级脉有一定的规律，可以实现三维可视化造型。　　本文提出了一种基于叶片变形的一二级叶脉可视化造型方法。在叶片变形的基础上将叶片的变形函数同时应用到圆锥生成的一二级叶脉上，生成不同形状的叶脉非常巧合地与真实叶脉逼近。本文中的方法适用于叶片中的中脉（一级脉）侧脉（二级脉）的生成，特别适用于比较圆滑的侧脉。最后利用坐标变换将叶片和叶脉融合，生成三维真实感叶片和叶脉。较好的模拟叶片锯齿形状能为叶片造型添色加彩，针对于目前叶片锯齿造型方法少，而且没有系统的实现锯齿模拟的情况，本文通过一个或者多个变形函数的控制，生成叶片锯齿形状，模拟出不同形态的锯齿，实现叶片的整体变形。　　最后，用本文提出的方法对几种植物叶片进行模拟对比。证明了叶片与叶脉协同模拟的高效性和可行性，为虚拟植物学叶片和叶脉造型提供了新方法，对虚拟植物和植物生长有重要的实践意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2课题研究的国内外相关研究现状

1.3课题研究存在的问题

1.4论文研究内容及结构

第二章 三维图形生成理论基础

2.1三维图形生成基础

2.2 本章小结

第三章 基于变形的叶片生成算法

3.1 叶片变形

3.2 叶形生成算法

3.3 叶尖与叶基生成算法

3.4 锯齿生成算法

3.5 叶片形状变形

3.6 本章小结

第四章 基于叶片变形的叶脉生成算法

4.1 一级脉生成算法

4.2 二级脉生成算法

4.3 二级叶脉夹角控制

4.4 二级脉走向控制

4.5 三级及以上网状脉的可视化

4.6 本章小结

第五章 叶片与叶脉的造型实例

5.1 数据收集

5.2植物叶片造型

5.3刀豆叶生长几何造型

5.4实验验证与对比

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献