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虚拟植物就是利用虚拟现实技术在计算机上模拟植物的生长发育过程,它是以植物个体或群体为对象,生成具有三维效果和可视化功能的计算机模型。生成的植物模型可以反映现实植物的形态结构,也可获得植物的生理生态过程。在计算机上模拟植物的生长过程可以简单概括为两步:首先建立具有表述植物基本拓扑结构能力的工具(比如L-系统),即“植物形态发生模型”,然后定义一些植物生长规则来描述植物的生长。根据以上步骤,本论文主要做了以下工作:
充分研究了解分形及L-系统的理论及概念。分形模拟是由初始元和生成元通过递归的替代过程,通过指定相应的递归深度便可以得到所需的图形。L-系统在本质上是一种重写机制,它包括确定L-系统、随机L-系统、参数L-系统、语义相关L-系统等等。基于上述理论,利用cpfg模型语言在L-studio软件平台上对一些典型植物作了模拟。对树木的树形构成,包括单轴树形、合轴树形以及三轴树形的生长过程分别作了模拟。对树木和草本植物的各种器官表面的形成方法作了讨论分析和模拟。模拟过程中包括了树枝的分枝角度、植株的生长高度、枝干生长的粗细、叶片的形状、生长过程中叶片及树干因年龄引起的颜色渐变等的规定。建立了用户控制界面,用户可以通过改变诸如参数,实现对模型的控制。用户可以方便的控制诸如叶片的形状、大小、整个植株的材质以及植株各个器官的生长函数,可以实现多种类似植物的模拟生长过程。还可以通过改变生长时间来模拟植株在任一时间内的生长情况。最后,为了课题的更进一步的研究,作者对现阶段的研究工作作了总结,并对今后的工作进行了展望。