虚拟植物建模技术研究及其数据管理系统设计

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1、单位代码10476学号1308280577分类号TP391.9H^kf硕士学位论文(专业学位）虚拟植物建模技术研究及其数据管理系统设计专业学位领域：农业信息化专业学位类别：农业推广硕士申请人：梁凯指导教师.•郑延斌教授二◦一五年五月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的

2、说明并表示了谢意。作者签名:I"K)円期:关于论文使用授权的说明本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授杈河南师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）作者签名:VIRTUALPLANTMODELINGTECHNOLOGYRESEARCHANDITSDATAMANAGEMENTSYSTEMDESIGHADissertationSu

3、bmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofAgriculturalExtensionByLiangkaiSupervisor:Prof.ZhengYanbinMay,2015摘要虚拟植物技术是根据植物的生长机理，运用计算机技术在二维或者三维空间中进行显现的一门技术。它涉及多个学科，例如：计算机科学、生物学、图形图像学、应用数学等，并且在计算机辅助教学、影视娱乐、自然景

4、观设计、虚拟农业和科学研究等领域有着突出的应用价值。如今，随着计算机信息技术的飞速发展，虚拟植物的研究也经历了从注重植物外在的形态结构模拟，发展到针对其内部生长机制的仿真，再到现在的考虑与自然环境的相互影响，不断地延展深入。本文在众多学者前辈的研究基础上，主要针对运用L-系统仿真出的植物模型太过理想化、不符合光照原理的问题进行探索研究，提出自己看法，并设计了算法对其进行优化验证；另外，针对整个建模过程中需要数据收集、整理的繁琐过程，特设计了一个配套的数据管理系统，提高了工作效率。至于各章详细的工作内容，分条概括如下：（1）首先结合我国的农

5、业背景条件，提出进行虚拟植物研究的必要性；然后介绍了虚拟植物的国内外研究现状，分析各种主要建模技术的应用特点，并就应用最广泛的L-系统技术进行详细的阐述，从其产生起源到后来的蓬勃发展，已经发展成为一门最核心的虚拟植物技术；最后将全文的研究内容和创新点进行简单的说明。（2）主要介绍了L-系统的理论知识，从简单的字符定义及重写规则的说明，再到应用图形的形象展示，系统地将L-系统的核心思想进行了阐述；然后与现实植物进行关联，分别在二维和三维空间中，运用特有的字符、规则及算法进行演示。最后将重写字符与具体的图形结构进行绑定，并将最终的植物模型进行

6、了图例呈现。（3）针对植物模型不符合光照原理且不体现黄金分割特征的问题，提出了一种基于蚁群觅食原理的蚁群优化算法。首先对OpenL-System模拟的植物枝叶分布进行分析；然后，采用设计的蚁群优化算法对虚拟植物枝叶在趋光性的竞争问题上进行优化；最后，结合植物的黄金分割特征实验仿真出植物模型。（4）针对植物建模前期数据采集量大、整理困难，建模过程中产生新的数据难以辨别处理，以及后期数据的储存安全等问题，设计了一套植物数据管理系统。首先，就系统的目标需求，进行了可行性分析，提出系统的总体思路和框架；然后根据其思路和框架进行E-R模型设计和数据

7、库表的绘制；最后，选取一种植物将系统的实现功能、流I程进行预展示。（5）回顾全文，总结论文做的主要工作及存在的缺点，并对未来的工作进行展望。关键词：虚拟现实，植物建模，L-系统，蚁群算法，数据管理系统IIABSTRACTVirtualplanttechnologyisatechnologybasedonthegrowthmechanismofplants,usingofcomputertechnologytoshowatechnologyinatwo-dimensionalorthree-dimensionalspace.Itinvolv

8、esmanydisciplines,suchas:computerscience,biology,graphicimages,appliedmathematicsandsoon.Virtual