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.     

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。     

基于生长机的芦苇形态模型可视化研究

兼顾植物生理功能的形态发生模型,是在计算机上实现模拟植物生长发育的理论依据。通过观察芦苇生长过程中发生的形态及生理变化,分析了形态结构与生理因子之间的内在关系,并提出一种基于生长机的芦苇形态建模方法。根据生成的形态模型有效组织芦苇生长时产生的大量数据,并建立其可视化流程。通过模拟实验,结果表明该模型能有效地模拟芦苇的生长发育过程。     

基于对象对应关系的LOD模型连续过渡

细节层次模型是指对同一场景或场景中的物体,使用具有不同细节的描述方法得到一组模型,供绘制时选择使用。它可用在复杂3D场景快速绘制、飞行模拟器、3D动画、交互式可视化和虚拟现实等应用系统中。本文对多细节层次模型间的连续过渡技术进行了研究,提出一种基于建立对象对应关系的多细节层次模型间连续过渡的方法。该方法具有实现简单、速度快和过渡平滑的特点,并且适用于任意三角网格模型。     

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。     

基于草图的花开建模与动画

合成花开动画一般靠手工交互完成,费时又繁琐.提出了一种基于生物学的交互式花朵建模和花开模拟方法.首先采用基于草图的建模方法对花朵的器官,如花瓣、雌蕊、雄蕊和花梗等进行初始形状设定;利用植物学中的叶序规则,构建花苞和成花的完整细节模型.然后,分析比对花朵的主要器官花开前后的姿态和尺寸,提取出一系列描述花朵的生长参数,建立一个动态生长模型,并以之指导花朵器官在花开过程中的连续形变.最后,依据生长模型生成一个逐渐开放的花朵模型序列,依次绘制该序列即可合成逼真的花开动画.实验表明,该方法高效、简洁,能够获得既符合     

基于分形L系统生成三维景物的算法研究

利用分形L系统模拟三维景物一直受到人们的关注.真实地模拟三维植物的生长过程,关键问题是根据字符串改写命令,如何简单快速地确定植物生长过程中下一个生长点的最终生长方向.在具体分析了植物生长过程后,给出一种简单的植物生长方向的数学表达式,表达式涉及的参数少.形式简单,据表达式设计的算法快速而稳定.最后基于分枝L系统给出了一个随机、递归生成三维树的算法实例,设计算法时,对植物绕轴旋转后的位置确定做了一些简单处理.实验结果表明:简便方法有效、可行;实例生成的树木种类繁多且形态自然逼真.     

虚拟现实中真实感树木的实时绘制

植物的模拟是运用计算机图形学的理论与方法对植物形态结构和生长过程进行仿真的技术,是当前虚拟现实研究的热门课题.分析了虚拟现实中虚拟植物仿真的具体问题,结合植物造型、植物绘制、植物的运动模拟,研究虚拟植物仿真的原理和实现方法.特别针对如何实现虚拟现实中真实感树木的实时绘制进行了详细的分析,从植物模型的实现、光照的实现、阴影的实现、优化技术等方面进行了详细的介绍,给出了可行的树木建模方法和实时绘制技术.     

基于角色几何碰撞体估计的实时服装仿真

提出了一种快速处理三维服装仿真中角色与服装碰撞的方法.该方法能够满足交互式实时仿真环境的需求.在预处理阶段,根据蒙皮动画的特点,将角色的几何形状以球和简化凸包等简单碰撞体进行估计.在实时模拟阶段,这些碰撞体跟随骨架运动并代替角色模型网格完成与虚拟服装之间的碰撞处理.此外,为了能够快速计算碰撞响应信息,该方法还利用外围映射机制进一步开发了相交测试的空间局部性.实验结果表明,应用该方法可以有效避免衣片与角色模型之间的相互穿透,同时大幅度地减少碰撞处理计算量.实时仿真系统对于复杂服装网格仍然保持了较高的模拟帧速率.     

面向移动终端的三维模型简化与碰撞检测方法研究

移动终端三维场景的绘制与漫游由于其庞大的模型数据量和复杂的外观形态使得实现清晰的场景快速绘制十分困难。为了加快模型的绘制,提出了一种面向移动终端的三维模型的简化与碰撞检测方法,以优化绘制过程。该方法通过二次测量误差半边折叠算法来简化三维模型,并利用八叉树技术对不能显示在屏幕中的场景进行剔除,从而实现三维场景的快速读取、组织和绘制。针对移动设备的屏幕尺寸以及计算能力等限制,实现了适用于移动平台的碰撞检测算法,减少了计算量。实验结果表明,该方法能有效地简化模型,并提高绘制效率,同时减少碰撞检测的计算时间,因而可应用于三维场景的快速逼真绘制。     

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。     

基于DLA的虚拟植物根系模拟方法研究

传统的根系研究模型注重于根系外观形态的模拟,而将根系的生理生态结合起来的模拟方法则较少。对于农业信息技术而言,根系生理生态的研究模型能更好地服务于农林业领域。文中在研究了DLA模型的特点及其应用的基础上,分析了基本DLA模型的不足并提出了一种改进的DLA模型,用于植物须根系的向水性模拟。该模型结合参数可控方法体现了植物须根系向水性的动态生长过程,一定程度上符合实际植物的生长机理,并在VC＋＋6.0上给出了模拟效果图。模拟结果显示,改进的模型能够逼真、细腻地模拟须根系的向水性生长形态。最后指出了改进DLA算法关于根系建模进一步的研究方向。     

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...     

基于图像序列的交互式快速建模系统

给出了一个基于图像序列的交互式三维建模系统.通过输入一段未标定的图像或视频序列,系统能够自动地恢复出摄像机参数;然后用户只需要在少量几帧图像上简单勾画出物体的形态结构,系统就能自动解析出多帧之间用户交互的对应关系,从而迅速、逼真地重建出场景的三维模型.该系统提供了点与线段的重建、直线与平面的重建、曲线与曲面的重建等功能,能够满足对现实世界中的复杂场景的快速高精度的重建要求.几组真实拍摄的图像序列的建模实验表明:该系统高效、实用.能够很好地满足实际建模需求.     

Interactive curve drawing by segmented Bezier approximation with a control parameter

The Bezier approximation technique is considered for curve drawing and curve fitting in computer graphics. Segmented Bezier approximation with a control parameter is proposed for fast and efficient curve approximation. The control parameter is very useful in interactive graphics. Interesting properties of the proposed technique are proved and experimental results are presented. The results are compared with those using the B-spline approximation technique.     

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。     

Modelling water dynamics with DNDC and DAISY in a soil of the North China Plain: A comparative study

The performance of the DNDC and Daisy model to simulate the water dynamics in a floodplain soil of the North China Plain was tested and compared. While the DNDC model uses a simple cascade approach, the Daisy model applies the physically based Richard's equation for simulating water movement in soil. For model testing a three years record of the soil water content from the Dong Bei Wang experimental station near Beijing was used. There, the effect of nitrogen fertilization, irrigation and straw removal on soil water and nitrogen dynamics was investigated in a three factorial field experiment applying a split-split-plot design with 4 replications. The dataset of one treatment was used for model testing and calibration. Two other independent datasets from further treatments were employed for validating the models. For both models, the simulation results were not satisfying using default parameters. After parameter optimisation and the use of site-specific van Genuchten parameters, however, the Daisy model performed well. But, for the DNDC model, parameter optimisation failed to improve the simulation result. Owing to the fact that many biological processes such as plant growth, nitrification or denitrification depend strongly on the soil water content, our findings bring us to the conclusion that the site-specific suitability of the DNDC model for simulating the soil water dynamics should be tested before further simulation of other processes.     

Adaptive control of linear time-varying plants: a new modelreference controller structure

The problem of developing a control law which can force the output of a linear time-varying plant to track the output of a stable linear time-invariant reference model is discussed. It is shown that the standard model reference controller, used for linear time-invariant plants, cannot guarantee zero tracking error in general when the plant is time-varying. A new model reference controller is proposed which guarantees stability and zero tracking error for a general class of linear time-varying plants with known parameters. When the time-varying plant parameters are unknown but vary slowly with time, it is shown that the new controller can be combined with a suitable adaptive law so that all the signals in the closed loop remain bounded for any bounded initial conditions and the tracking error is small in the mean. The assumption of slow parameter variations in the adaptive case can be relaxed if some information about the frequency or the form of the fast varying parameters is available a priori. Such information can be incorporated in an appropriately designed adaptive law so that stability and improved tracking performance is guaranteed for a class of plants with fast varying parameters