基于环境敏感的虚拟植物生长仿真

仿真局部环境对植物生长的影响,特别是在剪枝条件下的植物生长状况,对数字农业的发展和虚拟园艺设计具有重要意义。已有的成果运用环境敏感L系统实现了二维植物在正方形边界内的剪枝生长仿真,但未能模拟真实植物生长受环境的影响。在此基础上,运用三维植物生长模型,实现了三维植物在剪枝条件下的生长过程仿真。实验结果表明,环境敏感L系统能够很好地模拟真实植物和外部包围盒之间的交互,为下一步研究植物同其他外界环境因素的交互打下了基础。     

基于随机L系统的植物模拟

对随机型L系统进行了改进,提出了将随机型L系统和多规则L系统进行结合的新方法。实验表明所提出的方法能对植物进行更自然的模拟。     

三维嵌套L系统及其在植物模拟中的应用

随着分形理论研究的不断发展,虚拟植物已经成为计算机图形学研究的热点问题之一。其中,L系统以其定义的简洁性和高度的结构化特点,成为植物形态模拟中最常用的方法之一。在简要介绍其表达机制的基础上,利用计算机对植物的形态进行了模拟,提出了一种嵌套L系统,它采用过程化形式控制树木的形态,避开了去寻找L系统生成规则的难点,构造了椰子树的模型,从实验模拟结果看,嵌套L系统可以更逼真地反映植物的形态。     

基于L系统改进的虚拟植物原型系统设计

设计实现了基于L系统改进的虚拟植物可视化原型系统。该原型系统实现了微机平台上可视模拟植物生长,并取得了较好的试验效果。系统设计思想以植物可视外观展现为主要目的,结合了L系统和基于图像建模的优点,对植物器官的建模方法是基于能够反映植物器官主要特征的表面建模。其实现思路是在L系统所描述的植物拓扑结构的基础上,对预先定义好的植物器官网格面进行装配。与L系统相比较,有更好的外观效果和较低的时间复杂度。     

基于分形参数的可控木纹纹理仿真

自然景物的模拟是计算机图形学中具有挑战性的研究方向之一.木纹纹理仿真是自然环境模拟中不可缺少的重要组成部分,但由于木纹纹理生成的复杂性和随机性,使得对其进行逼真仿真十分困难.在分析分形布朗运动以及随机中点位移法的基础上,讨论了中点位移法中各参数对分形曲线的影响,提出了一种非常简单的、基于参数可控的木纹纹理生成算法.仿真结果表明,方法具有快速、简单、高效,可控的特点,通过改变参数能较好地实现真实木纹纹理的仿真.     

基于控制曲线的花朵开放过程仿真

研究植物器官的真实感和花朵开放过程,对虚拟植物的研究和应用具有重要作用。花朵是植物最典型的器官之一,花朵建模是虚拟植物建模的重要组成部分。为了真实仿真花朵的开放动态过程,提出了一种花朵开放造型方法,采用平面变形思想构建花瓣2D网格,利用改进的圆台参数化方程和椭球方程仿真花蕊,应用L规则构建花朵,并利用控制曲线控制网格实现了花朵的开放过程。实验结果表明,改进方法生成的花朵形象逼真,可以较好地仿真花朵的动态开放过程。     

基于模型子对象和改进型纹理的植物模型

虚拟植物的构建在环境资源评估、农作物栽培研究、植物生长调控以及生态自动化测评等方面都有重要的价值和意义。为克服传统虚拟植物造型技术中因重点反映植物枝叶间复杂性相互关系而带来的繁杂与低效率,本文以植物主干关键造型节点为构建基点,通过模型子对象组建的形式兼顾了植物形态的真实性与模拟效率;通过造型因子和色彩因子对植物叶片纹理的形态和颜色进行干预,改进了传统纹理图像影射方式模拟植物叶片的方法。实验结果表明,该方法能有效地实现虚拟植物的复杂造型,模拟的真实感和系统实时性两方面都得以有效的保证。     

基于三维分枝模型的树木模拟

虚拟自然场景的实时生成一直是图形学研究领域中一个富有挑战性的难题,作为自然场景的重要组成部分,树木的模拟也得到了广泛的重视.本文在实际建模中以三维分枝模型为基础,与随机繁衍L系统相结合,对树木模型进行了一些改进.将光源和重力的影响加入枝段的模型中,使生成树木的形态更加逼真;改进了分枝模式,使得生成树木的随机性得到加强;在绘制时根据不同距离选择不同复杂度的树木模型,加快了渲染的速度.     

基于改进L-系统的植物形态建模方法研究

L-系统是表达植物拓扑形态结构的重要方法之一。然而传统的L-系统表达植物枝条弯曲的方法复杂,产生式难以提炼,生成的枝条结构生硬。为了更好地模拟植物枝条弯曲的形态结构,对传统的L-系统进行改进。改进的L-系统将B-样条曲线的数学表达式转化为L-系统的规则产生式,以生长节点为中心,结合B-样条曲线表达,灵活控制枝干的弯曲性,并且采用生长节点的动态数据结构设计,最终实现植物枝条形态的逼真模拟效果。     

青藏高原L波段微波辐射观测与土壤水分反演研究进展

土壤水分是地气间水热交换的重要变量,影响着地表感热潜热划分、水分收支和植被蒸腾等过程,青藏高原土壤水分的研究对于改进高原水分循环和能量平衡的模拟研究具有重要意义。随着SMOS、SMAP等卫星的发射,L波段被动微波遥感技术成为大尺度监测土壤水分的主要手段。分别从L波段星—机—地观测与微波辐射模拟、区域尺度土壤水分观测、卫星产品评估与土壤水分反演算法发展等方面系统回顾和总结了近年来L波段被动微波遥感及其土壤水分反演算法、产品在青藏高原的主要应用与研究进展。在此基础上,归纳了当前高原L波段被动微波辐射模拟与土壤水分反演存在的问题,主要包括缺乏高原尺度的微波辐射模拟评估和改进的卫星土壤水分产品、土壤冻结时期的水分监测产品依然缺失等问题。针对存在的问题,进一步提出了相关建议与展望,建议今后的研究应加强高原尺度的微波辐射模拟评估与土壤水分产品改进工作,并积极拓展土壤水分产品在高原水分循环和能量平衡模拟、植被生长与干旱监测的应用研究。     

基于L-系统的分形植物模拟研究

鉴于动态植物模拟生动逼真的要求,致力于为植物动态模拟领域提供更加广阔的图形选择空间,文中以分形理论为基础,首先介绍了L-系统文法的基本原理,详细阐述了L-系统文法对植物的生成规则,并在VC＋＋6.0环境下用字符串替换算法对植物进行模拟,给出了具体的分形图形模拟步骤,进而对生成流程做出分析。通过连续改变字符串内部参数,模拟植物在风中摇曳的姿态,从而产生逼真的动态效果,避免出现建模方法下生成的植物呆板、不自然的现象。实验结果表明,通过连续改变生成角度以实现植物的动态模拟效果,实现了比较好的动态视觉效果,从而逼真模拟自然界中的动态植物,满足了实验要求。     

基于三维模型转换器的虚拟植物可视化

提出了一个基于三维器官模型转换器来实现虚拟植物生长可视化的方法。该转换器的主要功能是在虚拟植物生长可视化系统内导入由三维建模软件所构造的具有表面细节的植物器官模型,之后结合L系统,实现由植物生长规律指导下的虚拟植物生长过程的实时模拟。实验结果表明,该方法改善了原有的一些虚拟植物生长可视化系统只考虑对器官进行几何建模,而忽略器官表面细节导致的展现效果真实感显著差异的缺陷。     

改进的L系统植物建模方法

L-系统是虚拟植物建模中的重要方法,其基本原理是设定基本的表达规则,经过反复迭代重写和字符解释,从而生成各种各样的图形来.其优点是表达简洁,易于修改;缺点是只注重植物形态结构和生长规则的表达,缺乏植物真实的三维几何表达模型,使建模与真实感处理过程往往脱节.通过对L系统表达机制的分析,引入曲线细分(初始多变形通过重复逼近或插值获得较为平滑的曲线)的思想,提出了一种改进L系统的方法,解决了植物建模过程中真实感处理的问题.通过编程实践,获得了较逼真的计算机模拟图形.     

RTIL-system: a Real-Time Interactive L-system for 3D interactions with virtual plants

The L-system is a rewriting process based on formal grammar and is used to generate 3D, dynamic structures such as virtual plants and fractal graphics. In previous works, we highlighted that existing L-system software applications and programs are limited, either in terms of human interaction or in terms of modelling. In particular, few of them allow the user to interact with virtual plants during their growth. Our own L-system engine was developed and called the real-time interactive L-system (RTIL-system). The RTIL-system covers most important L-system extensions such as parametric and context-sensitive features. Furthermore, real-time interactions with the user and the environment with respect to L-system formalism are available. This paper presents an RTIL-system focusing on human interaction, the Partial Interactive Derivation (PID) concept and further progress by the extension of PID to context-sensitive rules. To illustrate the potential of the RTIL-system, the effect of various interactive tasks such as sub-axis additions, pruning and bending on the subsequent dynamic development of virtual plants is described.     

基于局部环境敏感的动态植物建模研究

通过在L-系统中引入提问模块和剪枝函数,对植物剪枝后内部资源分配发生改变的情况进行L-系统建模,并通过仿真实验分别实现了一个二维空间的植物抽象发展过程和一个三维空间下的植物剪枝模型。实验表明,这种建模方式可以很好地模拟植物剪枝后的生长变化过程,对虚拟农林、虚拟园艺的研究有一定借鉴意义。     

基于L系统的植物生长方程应用研究

以基本的L系统模拟植物生长过程为基础,根据植物生长的特性,将Logistics生长方程运用到植物的节间生长过程,并结合参数L系统与随机L系统的虚拟植物模拟特点,更好地体现植物的真实性生长。最后,利用VC6.0环境模拟实现了L系统的植物生长过程。     

基于遗传算法的三维植物进化模拟

虚拟自然景物技术发展到今天,构造虚拟植物的模型已经很多,但多数都侧重于图形学方面,主要研究对象在某一时刻的形态。受达尔文生物进化论思想启发,借鉴生物界自然选择和进化机制,从植物种群着手,以进化过程为研究对象,为实现计算机对植物进化过程模拟,提出了一种基于遗传算法和L-系统的植物进化模型。该模型无论对于计算机虚拟现实还是植物学研究都具有较高的实用价值。     

二维L-系统的推广及在植物模拟中的应用

弯曲枝条的模拟是植物模拟的重要组成部分,L-系统是植物模拟的重要方法之一。如果用L-系统模拟弯曲的枝条,则需要大量的产生式。通过在产生式中增加弯曲符号以及描述弯曲程度的曲率函数得到了函数L-系统。利用函数L-系统模拟植物,在不改变产生式个数的情况下,通过调整曲率函数能够绘制出相同拓扑结构,但整体形态差异较大的植物;利用函数L-系统模拟具有弯曲枝条的植物,产生式简洁,同时在编程时,容易控制枝条的长度。