基于x3d的虚拟植物建模与可视化研究

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1、基于X3D的虚拟植物建模与可视化研究论文关键词：x3d(extensible3d)虚拟现实虚拟植物植物建模可视化论文摘要：本文在阐述x3d虚拟现实技术的基础上，介绍并分析了基于x3d虚拟植物建模的关键技术和优势，进一步探讨了基于x3d虚拟现实技术植物建模的原理与方法，最后，针对国内外应用现状，提出了应用中出现的问题，并为未来的研究方向进行了展望。1x3d虚拟现实技术概述虚拟现实(virtualreality)是20世界80年代初由vplresearch公司创始人jaronlanier提出的。已广泛应用于科学研究与可视化、军事模拟、工程应用

2、、医学、商业、教育及娱乐等领域。x3d虚拟现实技术是目前虚拟现实技术中最前沿的科技，2004年10月正式通过iso／iec审议成为网络三维国际通用标准iso／iec19775。x3d虚拟现实技术整合了xml、javaseript、java、java3d和流技术等世界先进技术．具有更强大、更高效的三维计算能力、渲染质量和传输速度。它克服了以往其它虚拟现实语言存在兼容性及可扩展性差、对浏览器的依赖过强、编程能力弱等缺点，将其应用于农业信息领域，显示其巨大的发展潜力，前景十分广阔。1．1x3d虚拟现实技术的关键技术(1)xml编码x3d采用xm

3、l编码，使其具有通用性、易于页面集成、与下一代l编码为创建与xml兼容的vrml代码，提供了一组xml通用实体和元素类型声明。vrml2oox规范草案包含一个完整的dtd，它定义了x3d的xml标记与这些标记功能实现之间的联系。而dom为程序和脚本动态的访问和更新xml文档的内容、结构样式提供了与平台、语言无关的接口。(2)构件思想x3d体系结构的设计是以构件技术为指导的，这里构件是指功能相关的一个或多个节点类型的一个集合，一个构件扩展内核在某一特定领域的功能。x3d首先将vrml的关键特性封装为一个小型可扩展的内核。然后通过特性集扩展内

4、核，实现复杂的或是应用程序定义的功能。构件思想带来的好处主要有：精巧的内核、扩展能力、减少了对资源的占用。1．2x3d虚拟现实技术的优势x3d被定义为可交互操作、可扩展、跨平台的网络三维内容标准。x3d中添加了新的功能组件，推出java、xml通用平台下的开放原代码工具包，在x3d中需要使用特殊的功能时，可以调用由java等编写的程序，由于java平台无关性，这样可在不同的硬件和软件平台上实现浏览，拓宽了信息共享范围。在组件优化的结构下，x3d扩展新的功能将更快捷。x3d的内容是模块化的和可重复使用的，根据可扩展和模块化的结构，浏览器可以

5、只需支持需要的概貌。x3d支持也提供了一种mpeg一4支持的方式。x3d是mpeg一43d渲染的基础。2基于x3d的植物建模与可视化基于x3d的虚拟植物建模与可视化。是一种基于x3d虚拟现实技术，植物形态结构几何描述的三维植物结构模拟方法。该方法利用仪器采集植物空问数据，在计算机上三维建模语言编程调用空间数据来实现植物三维模拟与再现，模拟植物在三维空问中的生长发育过程。虚拟植物能够精确地反映现实植物的形态结构，以可视化的方式反映植物的形态结构规律。2．1虚拟植物建模与可视化开发的基本原理要建立虚拟植物，首先要建立基本的三维植物结构模型。一

6、个完整的虚拟植物实体对象一般包含叶、茎、花、根等几个主要结构部分以及一些相关的辅助设施，这些基本模型的制作采用现有较成熟的三维设计软件x3d—edit。虚拟植物除了能实现植物的三维可视化外，其另一个重要的功能就是通过script编程、api编程或其它技术能实现虚拟植物专题信息的展示和反馈。甚至实现一定的分析功能．协助农业相关部门进行植物信息收集与反馈。这对植物的研究是极为有利的，为他们提供了极大的方便。因而可以将虚拟植物定义为以下形式：虚拟植物=三维植物模型+专题信息展示功能+信息反馈功能+分析功能。实现步骤如图2。2．2基于x3d植物形

7、态结构模型的建立与可视化2.2．1三维结构建模方法利用x3d创建虚拟植物，生成三维模型的方法大致如下：(1)利用x3d节点直接编写程序。对于植物都具有根、茎、叶三个主要部分，叶子这种复杂的造型可以采用挤压节点一extrusion来实现。具体语句结构可参考有关文献。但仅仅根据x3d语法构造准确的三维空间模型是很困难的，对于复杂模型的构造和修改就比较不方便。(2)除了使用节点直接编程之外，还要考虑使用其它辅助建模软件创建模型。由于一些结构和外形的复杂性，直接用x3d建模比较困难，可以利用第三方的造型软件来建模．然后通过相应的接口导出x3d文件

8、，最后编辑x3d源程序的相关部分来实现。通常的做法是，利用autocad建立复杂模型后，如果希望有更好的效果，可以输入到3dmax中赋予材质、色彩建立光照效果、合成，最后转成x3d文件，插入到