基于GreenLab理论的水杉结构-功能模型

GreenLab模型作为一个通用的植物生长模型,将植物的生理生态过程和形态结构的建模有机的结合到一起。文章以幼龄水杉为研究对象,基于GreenLab模型的源-汇机制构造了水杉的功能模型,基于双尺度自动机原理构造了水杉的结构模型,并实现了水杉生长的可视化模拟。     

虚拟植物枝条生长与形态生成模型研究

文章提出了一个新的植物形态生长的动态模拟方法,该方法基于状态空间理论,将植物的生长视为三维状态空间中状态矢量的运动过程,并综合考虑了趋光作用与分枝自重对植物形态的影响。该模型既能连续、动态地模拟植物并行生长,又能反映植物形态结构与生长机理的关系,模型直观,易于理解,为虚拟农林以及计算机动画等提供了具有实际应用价值的研究方法。     

基于构筑模型的植物动态生长研究

植物学家提出的23种结构定义了植物形态发生的方式和最终生长的形态,能够形象而准确地对植物形态发生进行归纳和分类,但缺乏对植物形态可视化表达的有效手段和方法。因此,本文为再现植物的动态生长过程,基于构筑模型,遵循双尺度自动机的基本原理,应用微分L-系统构建植物连续生长过程的动态模型,并在计算机进行了三维可视化实现。提出的方法拓展了构筑模型的应用,仿真结果表明该方法在植物形态的建模上确实行之有效。     

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。     

基于双尺度自动机模型的植物花序模拟

以几种典型花序的模拟为例,探讨了应用双尺度自动机模型模拟花序的方法。通过在双尺度自动机模型中引入“同步生长机制”和“重复生长机制”,能够模拟所有植物学中给出的花序类型。并通过应用“生长延时机制”,实现了“向顶开花”和“向基开花”两种开花顺序的模拟,避免了L系统用成花信号控制的缺点,最后通过与L系统的比较,证明了该方法简单实用。     

黄瓜生长可视化系统的设计与实现

利用计算机更好地模拟植物的生理过程、形态结构及生态变化的关键是确定虚拟植物模型。文中采用双尺度自动机模型模拟植物生长,对作物器官进行三维几何建模,以黄瓜为例设计并实现了作物生长可视化系统。该系统易于交互、真实感强、计算速度快并具有可扩展性,可以较好地模拟显示黄瓜整体植株与群体植株、群体漫游及黄瓜植株和黄瓜器官三维动态生长过程等。     

黄瓜生长可视化系统的设计与实现

利用计算机更好地模拟植物的生理过程、形态结构及生态变化的关键是确定虚拟植物模型。文中采用双尺度自动机模型模拟植物生长，对作物器官进行三维几何建模，以黄瓜为例设计并实现了作物生长可视化系统。该系统易于交互、真实感强、计算速度快并具有可扩展性，可以较好地模拟显示黄瓜整体植株与群体植株、群体漫游及黄瓜植株和黄瓜器官三维动态生长过程等。     

虚拟植物生长机模型构建技术研究

针对虚拟植物在农林业中的应用，提出了基于双尺度自动机的“生长机”模型构建技术，对生理生态模型和形态发生模型的接口进行了定义，并兼顾生长机模型构建的普适性，采用模块化设计，减少了由于专用模型修改带来的大量代码改动，该技术经过验证取得了预期效果。     

一种新的植物形态结构表达模型

为模拟真实植物的具体外观形态,提出了一种植物形态结构表达模型。该模型从拓扑结构和几何结构两个角度对植物形态进行描述,将拓扑结构与归一化植物器官相结合构造形态结构。模型以叶元为描述植物形态结构的单位,保留了形态结构的细节信息,并用生长特征对形态结构进行归类,大大节省了植物模拟时所需数据量。选取松树的形态结构,使用模型对其进行模拟实验。结果验证了模型的可行性和有效性。模型能够用于自然景观模拟、植物可视化、计算机辅助设计等领域。     

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。     

基于双尺度自动机的臭柏拓扑结构仿真

臭柏的拓扑结构仿真对研究臭柏的抗旱固沙特性十分重要,但在过去的研究工作中主要基于臭柏的生理生态学特性方面,对臭柏拓扑结构的仿真研究尚未发现。运用双尺度自动机,结合臭柏的生长特点给出了臭柏的双尺度自动机模型,其参数具有较明确的生物学意义、易于理解,并使用Building C++实现了拓扑结构的可视化,仿真结果与臭柏的实际生长能保持较好的一致性,与L系统相比,该方法简单而高效。     

Dimensional Reduction of Surface Models for Analysis

This paper describes a set of procedures by which an analyst can idealise slender 2D shell structures for linear static analysis using reduced-dimensional beam finite elements. The first step is the development of the topological operations that are necessary to achieve the desired dimensionally reduced representation. Next, the automatic derivation of necessary geometric and physical properties of the reduced dimensional entities are described, together with the application of appropriate coupling constraints between dimensions. Dimensional reduction of shell models involves finding areas of the geometric model whose dimensions are such that this region may be represented in an analysis model with a 1D beam. Using the medial axis transform, geometric measures are defined for identifying such areas in the geometric model. However, topological features of the model and its medial axis were also identified as significant in the automation of dimensional reduction. The application of the medial axis transform to automatic dimensional reduction is described and example models given.     

基于信息融合的植物生长数字化构建研究*

植物生长数字化是利用虚拟植物技术实现植物生长动态模拟的重要基础。通过实验观测提取特征信息,对植物生长信息与环境信息进行有机融合。依据植株拓扑变化规则及器官形态变化,建立植物形态发生模型。在植物生长信息重构基础上,提出植物生长数字化构建技术,即通过模型变换并基于信息融合将植物生长信息转换为直观的数字化信息。通过实例验证,表明该方法能有效地模拟植物在不同外部环境作用下的动态生长。     

Fast construction of plant architectural models based on substructure decomposition

Plant structure,representing the physical link among different organs,includes many similar substructures.In this paper,a new method is presented to construct plant architectural models of most plant species.The plant structure is decomposed into a stem,a set of lateral substructures and a terminal substructure,which is called substructure decomposition;then based on substructure decomposition,the plant structures are expressed in an iterative way;and further the derivative formula is employed to compute the number of organs in plant structures to get the geometrical sizes of 3D plant organs by borrowing Hydraulic Model.Using 3D organs,a substructure library is built.Based on the substructures stored in substructure library,one can construct 3D plant structure according to certain topological and geometrical rules.The experiments with different plant species are included in this paper to demonstrate the validity of the new method for constructing plant structures.The experimental results show that the approach follows botanical knowledge with high efficiency in constructing plant structures of most plant species.In addition,this method enables users to check the detail information of plant structure.     

Edge-Based Data Structures for Solid Modeling in Curved-Surface Environments

CAD/CAM applications need quick and easy access to topological information about objects. Here, four structures for representing this information are evaluated for sufficiency, efficiency, and ease of implementation.     

快速构造植物几何结构的子结构算法

顺序地模拟符合植物学生物特征的复杂树结构会占用很多计算机资源。为减少对计算机资源的占用，提出了一种从最简单的子结构起，通过子结构的引用来形成复杂结构的方法。由于在该方法中重复出现的结构只被计算一次，因此不仅可以提高复杂结构的计算速度，而且可以降低几何信息的存储量。该几何信息不仅包括所模拟植物在各个生长周期的结构，而且包括了每个子结构的具体形态。尽管这是一种自上而下的算法，但由于子结构方法能够实现弯曲枝条的模拟，并能产生重复生长的结构和花序结构，因此具有通用性。