基于L系統(tǒng)的虛擬園林觀賞樹(shù)木生長(zhǎng)建模研究.pdf

1、植物作為構(gòu)成人類(lèi)生存環(huán)境的最重要的一環(huán)，與我們的日常生活密切相關(guān)。隨著人們對(duì)的生態(tài)環(huán)境的日益重視，以計(jì)算機(jī)為手段對(duì)植物生長(zhǎng)進(jìn)行建模與仿真己成為人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。開(kāi)展虛擬植物生長(zhǎng)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，它不僅在農(nóng)林業(yè)研究、綠化景觀設(shè)計(jì)、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中占有重要的地位，在教育、娛樂(lè)、商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 植物的種類(lèi)繁多，其外在形態(tài)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部生長(zhǎng)機(jī)理各不相同，對(duì)植物進(jìn)行生長(zhǎng)建模的方法也有很多種。目前虛擬植物生長(zhǎng)主要采用的方法包括：分

2、形方法、隨機(jī)過(guò)程和L系統(tǒng)。L系統(tǒng)是由美國(guó)生物學(xué)家Lindenmayer于1968年提出，他主要是用于研究細(xì)胞的交互作用。隨著L系統(tǒng)被引入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和系統(tǒng)的不斷完善，它已經(jīng)成為植物生長(zhǎng)建模的主要方法之一。L系統(tǒng)是一種字符重寫(xiě)系統(tǒng)或形式化語(yǔ)言方法，它通過(guò)構(gòu)造公理，運(yùn)用連續(xù)、并行地運(yùn)用規(guī)則改寫(xiě)公理中的字符串，從而得到一系列字符。最后根據(jù)字符的特定幾何含義可以繪制出特定的圖形。運(yùn)用具有不同語(yǔ)言、文法和幾何解釋的L系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上能夠模擬生成各

3、種具有復(fù)雜形態(tài)的植物。L系統(tǒng)為植物生長(zhǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以至幾何形態(tài)建模提供了一個(gè)很好的理論體系，顯示了計(jì)算機(jī)模擬植物方面的能力，為在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬植物的生長(zhǎng)提供了理論依據(jù)。 本文在對(duì)影響植物外部形態(tài)的幾種分枝和葉序結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上提出了采用L系統(tǒng)的方法對(duì)植物生長(zhǎng)進(jìn)行建模，并對(duì)L系統(tǒng)的建模方法進(jìn)行了深入研究。為了能夠更好地模擬植物生長(zhǎng)的過(guò)程，本文在原有L系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了控制植物分枝角度的高斯分布函數(shù)，控制植物拓?fù)渖L(zhǎng)和幾何生長(zhǎng)的生

4、長(zhǎng)控制函數(shù)，模擬植物趨光性的偏轉(zhuǎn)吸引子。同時(shí)通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)圖形軟件接口OpenGL和支持可視化編程的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境VC++6.0，加入光照、紋理映射等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)幾種園林觀賞樹(shù)木的植物生長(zhǎng)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬，生成的植物具有三維立體效果，形態(tài)逼真，基本符合自然生長(zhǎng)規(guī)律。為了解決分枝結(jié)構(gòu)在交匯處不連續(xù)的問(wèn)題，對(duì)植物的枝條和葉片建模采用了三角形網(wǎng)格的建模方法。 通過(guò)本文的試驗(yàn)結(jié)果我們可以看到在L系統(tǒng)中加入一些影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因素后所模擬