虚拟植物形态生成关键算法研究

基于L系统理论,通过子结构算法和枝条模拟算法来仿真植物的形态生成.虽然分形L系统理论建立的数学模型能够很好的描述植物的生长状况,然而一般的L系统算法,效率低速度慢.针对这些缺点,笔者采用子结构算法对一般的L系统加以改进,该算法对于重复出现的结构只计算一次,因此不仅可以提高模拟复杂结构的计算速度,而且可以降低几何信息的存储量.另外,一般的枝条模拟算法模拟植物枝条时往往在枝条间会出现缺口问题,针对这个问题,笔者提出一种无缺口的枝条模拟算法.     

基于线结构光和单应性的点云获取方法

为获取被测物表面三维点云数据,基于线结构光和平面单应性,提出了一种不需要相机标定的点云获取方法.首先令线结构光扫描被测物表面,以相机采集变形光条纹图像.然后根据事先在光平面中设置的4个控制点的像素坐标和空间坐标,求解光平面从图像坐标系到世界坐标系的变换矩阵.通过该矩阵将线结构光与被测物的截交线,即光条纹,校正透视失真并变换为被测物的截面图,从而获得光条纹上被测点的三维坐标.为验证方法的有效性,分别以球体、圆柱体和长方体为被测物,对该方法进行点云获取精度测试.实验表明:误差在1 mm以内的点数约占总点数的85%,误差在0.5mm以内的点数约占总点数的60%.相比传统的需要相机标定的线结构光测量方法,该方法原理更简洁,鲁棒性更强,可用于以低成本快速搭建三维点云获取系统.     

一种基于质点-弹簧系统的植物形变模拟改进算法

在外力作用下植物的形变是自然场景建模中重要的研究内容,逼真地模拟植物形变在植物虚拟仿真过程中具有重要作用。提出一种基于质点-弹簧系统的植物形变模拟的改进算法,实现了小规模植株枝条及叶片的运动模拟。首先进行植株模型的骨骼提取和模型重建,然后基于骨骼节点构造质点-弹簧组,并根据植株的受力情况分析进行植株动态形变的模拟。选取番茄为研究对象,在Unity3D平台上进行了番茄植株形变模拟。该改进算法可以统一处理植株的多种器官结构的受力分析和形变,并且考虑到了植株的碰撞处理,模拟实验的结果证明了该算法的有效性,可以为植物形变模拟的研究提供技术参考。     

水稻生长可视化模拟系统的设计与实现

针对目前国内外虚拟作物的研究现状,在Windows平台上,使用OpenGL图形接口,采用面向对象编程技术,设计并实现了一个集水稻形态模拟及可视化、场景动态渲染、水稻生长动画等功能的三维结构可视化模拟系统原型.首先结合水稻的空间结构特点,基于参数化L系统,在器官尺度上模拟了单株水稻的拓扑结构.在此基础上,结合水稻的生长特性,构建了水稻生长的有限状态自动机模型,实现了对水稻动态生长过程的可视化描述.简述了系统的总体结构及基本功能,论述了系统设计与实现过程中涉及的关键技术,并给出了系统的界面以及实现的一些典型效果图.     

基于参数化L系统的植物结构模型可视化模拟

植物学家归纳出的植物结构模型,规定了植物形态发生的方式以及植物生长的最终结构.根据结构模型进行植物建模可以精确描述植物的结构特点,可视化模拟其生长过程.探讨了利用参数化L系统生成这些结构模型的方法以及基于这些模型的植物形态可视化模拟,给出了模拟这些结构模型所需的L系统的迭代公理和若干产生式参数.在模拟具体植物时,该方法可以方便、快速地生成植物的空间结构.     

引入多级扰动的混合型粒子群优化算法

为解决粒子群优化算法易陷入局部最优值的问题,提出一种引入多级扰动的混合型粒子群优化算法.该算法结合两种经典改进粒子群优化算法的优点,即带惯性参数的标准粒子群优化算法和带收缩因子的粒子群优化算法,在此基础上,引入多级扰动机制：在更新粒子位置时,引入一级扰动,使粒子对解空间的遍历能力得到加强;若优化过程陷入“局部最优”的情况,则引入二级扰动,使得优化过程继续,从而摆脱局部最优值.使用了6个测试函数——Sphere函数、Ackley函数、Rastrigin函数、Styblinski-Tang函数、Duadric函数及Rosenbrock函数来对所提出的混合型粒子群优化算法进行仿真运算和对比验证.模拟运算的结果表明：所提出的混合型粒子群优化算法在对测试函数进行仿真时,其收敛精度和收敛速度都优于另外两种经典的改进粒子群优化算法;另外,在处理多峰函数时,本算法不易被局部最优值所限制.     

一种基于混合布局策略的高校教师业绩数据可视化方法

高校教师的业绩数据对于教师的考核评优、薪资提升、岗位聘任和职称晋升等人事决策具有十分重要的作用。针对其兼具复杂层次特征和多维属性的特点,提出了一种基于圆形嵌套图和平行坐标的VPM(Venn Parallel Coordinates Mixing)混合可视化方法。该方法首先采用基于D3布局算法的圆形嵌套图表示层次结构,而后划分叶子节点的圆周为不同的属性轴,通过布局设计、属性映射、属性点连接及缩放、高亮等用户交互来实现层次结构中多维属性的可视化。将该方法用于教师业绩数据,实现了对学院、研究所、教师各层级结构的可视化,可清晰展示数据项的细节信息。实验结果表明,提出的VPM方法能有效地展示教师的业绩数据,评价结果亦符合实际情况,能帮助系统用户——院校管理者对教师进行更好的管理及业绩考核。