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。     

植物茎秆可视化研究

植物茎杆的可视化模拟对认知植物骨架结构及提高植株真实感具有重要意义。为模拟作物茎秆的外部形态,提出基于球B样条的植物茎杆模拟方法。首先利用数字化仪或三维扫描仪获取作物的真三维数据,然后根据不同作物的特点灵活选用样条基函数计算得到中轴线,并根据中轴线确定轮廓线,最后根据枝干的弯曲情况确定各点轮廓线的法向。文中利用不同表达形式的球B样条实现了辣椒、黄瓜、玉米三种作物的茎秆可视化模拟,并在玉米的模型中将球B样条推广到了任意轮廓外形的作物形态研究。实验表明,该方法得到的模型能够比较真实地反映作物茎杆的弯曲程度及诸多细节,适用于多种作物,具有一定的应用前景。     

基于L系统和三维Morphing的器官生长建模

为解决植物器官生长过程中的变形问题,提出一种基于L系统和三维Morphing的器官生长建模方法。该方法以L系统描述植物的拓扑结构,以三维Morphing模拟植物叶片和果实的变形过程,并根据花的特殊结构引入一种模块化建模方法以实现花的开放过程。以辣椒为例展示建模过程,实验结果表明,该算法能解决植物器官变形问题,提高建模效率。     

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。     

虚拟玉米植株三维动态建模

研究虚拟植物生长发育过程,为克服传统建模中玉米器官生长形态定义不够精确和生物学意义缺失,采用实际田野实测,引入动力学,给玉米植株生长模型赋予生物学意义,提出玉米植株生长造型更为精确的描述,根据图形学技术构造玉米植株生长过程的三维几何形态,对不同生长期的形态变化进行动态仿真,实验结果表明与实际拍摄的玉米植株生长发育过程一致.模型可控性强、真实感强,能较好地仿真玉米植株的生长过程.     

基于视频特征提取的虚拟植物动态仿真研究*

植物生长信息的提取与重构是在计算机上实现植物生长动态仿真的基础和关键。以树的生长为对象,将包含植物生长信息的视频图像转换为若干关键帧数据,提取反映植株拓扑结构与器官形态变化的特征信息,采用枝条拼接算法对植株拓扑变化过程进行重构。通过3DMAX开发平台对植株生长过程进行重建,结果表明该方法既能有效构建植株生长的数字化模型,又能较好地虚拟植物生长和形态演变过程。     

基于生长动力学的芦苇属植株虚拟生长模型

针对植株形态建模过程中由于缺乏生理生态特性而导致模型无法真实再现植株生长发育规律的问题,提出了一种基于生长动力学的植株形态变化模型构建方法。以芦苇属植株为例,首先研究了植株生长动力学特性,并以有效积温、生长速率变化等为驱动力构造了植株形态建成模型;其次,应用开放式L系统(Open-L)方法描述了植株冠层拓扑演变过程;最后,通过耦合植株拓扑与器官形体的几何模型及显示模型,给出了植株虚拟生长模型构建算法。实验结果表明,该方法实现了植株形态的可视化,并反映了植物生长机理,有利于动态掌握和预测植物生长发育状况。     

基于生长模型的温室虚拟黄瓜构建研究*

在温室内对黄瓜植株生长进行实验观测,以生育期内累积生长度日为参数分别建立黄瓜的形态发生与生理功能模型.采用类封装技术对植株生长单元及器官类进行定义,建立植株拓扑结构与器官形态变化的规则化描述模型,通过信息融合与重构处理构建植株生长的虚拟模型.实验表明该方法在虚拟植株生长方面具有一定的可行性和有效性,为动态掌握和预测适宜...     

粒子系统在虚拟作物生长中的应用研究

提出了一种基于粒子系统的虚拟作物器官的建模方法,通过这种方法结合作物生长中取得的实测数据能较好地模拟作物器官在三维空间中的形态及其动态生长过程.利用计算机图形学技术,通过VC＋＋.net和OpenGL实现了作物器官的动态生长.     

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。     

玉米可视化系统的设计与开发

计算机能更好地模拟玉米的生理过程、形态结构及生态变化的关键是确定玉米的虚拟模型和可视化实现技术。文中利用玉米的三维形态几何模型,采用面向对象的方法,对玉米各器官作为单独的对象进行处理,采用模型-文档-视图方法,设计实现了玉米三维可视系统。该系统对玉米的根、茎、叶、穗分别建立了动静态模型,可实现玉米各器官、单株和群体三维静态建模及动态生长过程。本方法具有普遍性,可用于开发其他禾谷类作物的三维造型和可视化系统。     

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。     

基于植物间互利作用的森林生长模型快速计算

植物间互利作用的研究与探索有助于加强林业生产中的混交林建设,从而提高林分生产力。为了快速地模拟植物间互利作用下的生长情况,提出了一种利用植物间互利生长模型进行森林场景快速可视化的方法。该方法通过植物间互利指数、植物自身的生长率、植物当前生物量、环境条件等参数将Lotka-Volterra种间互利模型与植物个体生长模型进行融合,并采用像素化方法进行快速计算,以模拟互利植物的生长情况。通过水曲柳和落叶松混交林在不同的环境资源条件、分布密度、生长时间等条件下的可视化仿真,验证了基于植物间互利作用的森林生长模型快速计算方法的有效性和实用性。     

扦插植物地下组织构型建模与形态仿真

很多植物都采用扦插育苗,为实现扦插植物的工厂化繁殖,研究其地下组织的生长规律及可视化模拟模型是研发扦插育苗机械化装备的基础之一。为此,基于几何建模的方法,结合扦插植物的繁殖特点,对扦插植物地下组织的构型进行建模;采用VC++及Direct3D图形接口,开发扦插植物地下组织的三维可视化动态仿真程序,并以扦插蔷薇的地下组织为样本进行模拟。结果表明：模拟仿真图形与实际扦插蔷薇的地下组织形态特征相似度较高,模拟数值与实测结果的相对误差小于10%。该研究为植物构型建模仿真提供了一个新的方向。     

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。     

交互式植物建模系统

植物建模是研究植物的形态结构及其生长发生过程的重要手段,也是计算机图形学的研究热点之一.文中设计出一套满足用户需要的、可以生成各种不同的植物形态结构的交互式植物建模系统.根据植物枝干的形态特征,在建模过程中首先采用迭代的方法生成若干不同的分枝,然后根据全局算法将不同的分枝组合成植物的整体分枝结构.用户可以通过系统提供的交互式界面调整参数,控制每一步的生成结果;在叶片建模过程中,结合植物形态学知识可提供大量的叶片模型以及叶序排列模式,用户选择相应的叶片模型或根据需要添加新的叶片模型.实验结果表明,该系统操作简单方便,生成的植物真实感较强.     

二叉树的可视化实现

摘要：在计算机科学领域中,二叉树是一种非常重要的非线形结构,实现其可视化具有重要意义。本文运用面向对象方法,利用完全二叉树特点实现了二叉树的可视化,实现了周游二叉树算法的计算可视化,实现了动态可视遍历过程和算法的动态演示同步进行。     

A graphical editor and process visualization system for man-machine interfaces of dynamic systems

The process visualization system of a manmachine interface is presented. It allows human operator(s) to interact with a dynamic technical system, here a thermal power plant. Also, a graphical editor for designing dynamic pictures of the process visualization system is explained. Both new systems have a common architecture and are based on the computer graphics standard PHIGS-2D with extensions for handling non-graphical and graphical information. The hierarchical information structures are manipulated with lists and pointers in a dynamic visual database. The two menu-driven interfaces for designers and for operators are described with their multi-window display layouts. The software of both systems is highly portable to different hardware and to other application domains.     

Visualizing complex biological interactions in the soil ecosystem

Scientific visualization is proving very promising for the study of biological interactions at the organismal level in porous opaque media. We present our research in visualizing and modelling fungal and plant root development and interactions in the soil. Because the dynamic biological properties of the soil ecosystem can be observed in only the crudest fashion, we emphasize the fundamental link between visualization and modelling. Our research focuses along the parallel lines of imaging actual phenomena and of modelling these same phenomena. Many soil organisms, such as plants and fungi, exist predominately in a vegetative state which is highly branched, non-random and non-homogeneous. This structure itself is important to dynamic process such as parasitism of one organism by another, yet due to the opacity of soil, structure is difficult to observe and dynamic interactions are impossible to observe. The modelling of growth patterns and interactions of fungi and plant roots with the concomitant use of visualization and rigorous model validation provides the best method to build a working concept, which is faithful to the spatial organization of the real world. We hypothesize that the genetic determinants controlling growth and interactions operate both inside and outside the soil environment. We conclude that visualization provides a means by which spatial extrapolation of laboratory observations may be made to the real world, providing both model validation and a means to build mechanistically-based hypotheses about different types of dynamic phenomena in the soil ecosystem, which can be tested in the field.