基于L-系统的分形植物形态建模方法研究

植物生长过程中所表现出来的分形特征是虚拟植物形态发生的重要研究内容,而L-系统在表达具有分形特征的虚拟植物形态上具有明显的不可控特点,严重影响了L-系统的广泛应用。为了更好地研究自然界植物的分形特征,以植物分枝结构和几何形态的量化为前提,建立植物分形特征和L-系统的映射关系,应用改进的L-系统拟合分形植物的生长过程,并结合B-样条曲线动态控制分形植物的弯曲,生成丰富多样的、具有逼真分形效果的虚拟植物形态。     

广义人工生命的科学基础(I):工程技术基础

根据广义人工生命研究的特点,作者把系统论、控制论、信息论、人工智能、元胞自动机、L-系统、遗传算法、进化策略、进化规划、耗散结构理论、协同学、突变论、混沌、分形、转基因技术、克隆技术等的研究成果视为人工生命研究的主要科学基础。文章力求对元胞自动机、L-系统、遗传算法、进化策略、进化规划、耗散结构理论、协同学、突变论、混沌、分形和它们与人工生命的关系做系统而扼要的评述,为人工生命研究提供方便。     

人工生命与人工生命计算

论文从人工生命的角度定义了人工生命计算的概念,提出了人工生命计算的一般框架。人工生命计算是一种以人工生命为形式、研究人工生命的信息表达和处理机制,提取相应的计算模型,嵌入相应的计算方法模拟自然界生物进化过程与信息处理机制来求解与优化问题的智能计算方法。同时对人工生命计算的理论基础包括遗传算法、人工神经网络、自动机理论、L-系统、智能体和多智能体系统和计算生态学等进行了概述;并对两种典型的人工生命计算方法进行了初步的研究。最后说明了人工生命计算的特点及目前的应用领域。人工生命计算具有非常显著的特点和优点,在科学和工程的诸多实际应用领域具有广泛的应用前景。     

虚拟植物生长模型

该文提出了一个“基于状态空间的虚拟植物结构生长模型”。较之L-系统,该模型既能够反映植物并行生长,也能够连续、动态地模拟这一过程;不仅可以调节与控制,而且易于理解;拓展了状态空间理论的应用领域,为虚拟农林提供了具有实际应用价值的研究方法。     

VRML环境中3维分形植物的生成及应用

虚拟现实技术的高速发展给分形理论开拓了新的研究领域。文章闸述了植物形态结构分形模拟的主要方法，指出其中的难点。提出了基于VRML的简化的L-系统算法。论述VRML和Java结合的途径和具体步骤，并通过简化的L-系统算法生成了若于种具有交互性的3维分形植物的实例。最后分析了该研究的实际用途，并给出了一个应用实例。     

基于人工生命的类生态进化模型

简要介绍了复杂系统的背景、定义及人工生命仿真思想,指出人工生命仿真是解决复杂系统的有效途径。自然界生态系统是典型的复杂自适应系统(CAS),传统的统计学方法无法有效解析生态系统。由此提出了一个基于人工生命思想的类生态仿真模型A—ECOLOGY,在一个虚拟环境中创造两种虚拟生物Grazer和Predator,构成捕食者和被捕食者竞争关系,着重考察Grazer生物在自然选择压力下适应和进化的过程。这种通过人工生命仿真方法对系统复杂性模拟的思想,对于研究群体自适应和进化具有一定的参照意义。     

基于分形的树木建模算法的研究

基于分形理论的植物模拟,在虚拟场景中已经得到了广泛的应用.其中L-系统以其定义简洁和高度结构化的特点,成为树木模拟最常用的方法之一.针对目前传统的基于L-系统生成的模拟树自相似性太强以及树木主干不够突出的问题,提出了将递归算法和分形L-系统进行嵌套结合,其中用递归算法来生成树木的主干,记录主干的每个生长点,再从生长点处调用L-系统来生成树木的枝叶,最终模拟出一个典型的树木模型.实验结果表明,此算法可以生成层次分明、形态更加逼真的树木.     

基于L-系统中单规则产生式的研究

关于虚拟植物的研究一直是虚拟现实技术和计算机图形学中的热点问题,本文主要对植物的形态与L-系统的产生式设计进行研究,在论述了L-系统的基本概念的基础上对现有的L-系统进行一些基础研究,首先针对L-系统的产生式进行分析,根据植物的基本形态影响产生式基本结构的设计,将植物的基本形态划分为两大类,有明显茎和无明显茎植物。然后针对这两种基本形态进行归纳和分析,有关产生式设计与植物基本形态的关系,总结出一系列产生式设计的基本规则,最后用VC编程进行模拟实验。模拟实验表明,使用这些基本规则能提高L-系统中产生式设计的成功率。     

复杂性系统研究方法:从人工生命到人工社会

一、人工生命的两种途径 “人工生命”(Artificial　Life)简称为Alife,是指具有“自然生命”特性和功能的人造系统,人工生命中的“活体”是指有生命特征的个体或群体。人工生命研究是抽象地提取演化、生命规则等生物现象的基本原理来模拟生命系统的动态发展过程。人工生命有多种研究方法或技术,但基本上可以分为以下两种途径。 ?　 生命科学途径:通过生物实验方式,在试管中通过生物化学或遗传工程的方法合成或生成人工的生命。这种方法在目前并不能从无生命物质开始合成生命,而只能用克隆技术进行基于相应的自然生命的“母体”无性繁殖生…     

具有生长特征的L-系统模型研究

传统的L系统对于植物生长特征的表达是将表示分枝结构和枝节生长的产生式加以区别,迭代生成描述植物结构的文法系统并结合海龟解释实现植物的可视化模拟,很难真正体现植物生长过程中的“生命”特征。综合考虑L系统对植物生长的表达能力,将具有一定生理年龄和生长年龄的生长单元视为子结构,考虑植物生长的随机特性,植物的动态生长按照隐式马尔可夫过程进行状态转移,从而提出一种广义的L-系统模型,符合植物本身的生长机理。实例验证表明,提出的模型可快速、有效地实现虚拟植物的可视化模型的建立。     

虚拟场景中基于LOD的树木真实感建模

树是虚拟场景中的重要的景物之一。提出了用参数化的分形方法对三维树木进行真实绘制;将分形计算产生的树木数据用数据结构储存起来;并根据视点与树模型的距离确定所需树木模型数据的层次;从而充分发挥了应用分形技术生成的树模型真实感强的优点,消除了分形计算耗时长的缺陷,保证了树木生成的真实性和实时性。实践证明,用文中方法在可漫游虚拟场景中产生三维树模型,在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。     

Design and development of virtual instrument for fault diagnosis in fractal antenna array

This paper deals with the development of a virtual instrument for fault diagnosis in fractal antenna array using Lab‐VIEW software. Faults in antenna array are considered on the basis of the radiation pattern. In this study, theta and gain values of radiation patterns for each fault are used in Lab‐VIEW for curve fitting. An artificial neural network (ANN) has been developed for fitted data points using the Leavenberg Marquard algorithm in MATLAB software and mean square error (MSE) is minimized. The designed ANN model has been embedded in the virtual instrument. The proposed virtual instrument system gets test patterns as input and generates output for several faults present in antenna array. Simulated and measured results of the fractal antenna array are validated experimentally. This virtual instrument model has not been developed for fractal antenna array so far.     

微型飞行器飞行仿真软件开发

该文简要介绍了微型飞行器飞行仿真软件的总体结构和模块划分。首先建立了飞行器的三维结构模型，根据飞行器的扑翼运动规律进行了运动仿真。采用随机分形技术生成的具有真实感的地形为仿真飞行提供了一个虚拟环境。在此基础之上讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。仿真软件中的三维图形实时显示采用Visual C 和Open GL来共同完成。     

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L-系统的三维分形植物的算法及实现

分形理论适于解决不规则形态物体的建模仿真问题.分形理论和虚拟现实技术结合起来可以生成逼真、复杂的自然景物.该文将分形理论用于VRML 环境中研究植物的计算机模拟算法.首先介绍了常见的2维和3维分形植物生成算法,总结了它们的利弊.然后提出一种在VRML环境下改进的分形植物生成算法.通过描述树的属性（如树的种类、树的繁茂程度、树叶的形状等）,从而自动生成符合用户要求的三维树.最后给出了产生的3维分形树,并给出了一个应用实例.     

基于DLA模型的植物生长模拟研究

归纳了分形算法中的Diffusion Limited Aggregation模型（即DLA模型）的分形演化算法，提供了基于DLA模型在计算机上进行植物生长模型的实现方法。模型利用Borland Delphi高级语言进行了实现，验证了基于DLA模型的植物生长模拟方法。     

基于空间散列法的虚拟植物碰撞检测算法

根据虚拟植物模型复杂的特点,采用在精细的三角形网格模型上所创建的较粗糙的四面体网格模型,在虚拟植物模型上实现基于空间散列法的碰撞和自碰撞检测.该算法具有高效快速、无需复杂的数据结构等特点.实验结果表明,该算法能够有效地解决群体中植株的碰撞和自碰撞问题,并能够达到实时的处理要求.可同时适用于其它复杂的三维模型的碰撞检测问题.     

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.     

基于纹理映射和fBm的真实感地形研究

在文章中讨论了三维真实感地形表现在OpenGL支持下的分形模型的建立、纹理映射技术等。并提出了基于纹理映射技术的fBm算法，应用该算法生成的地形，既具有较高的真实感，又具有较快的绘制速度，适用于各种虚拟场景的创建。