试析利用分形理论进行植物真实感绘制的研究

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1、山东大学硕士学位论文利用分形理论进行植物真实感绘制的研究姓名：夏存景申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：杨承磊20070405山东大学硕士学位论文摘要种类繁多的植物虽然形态千差万别，却大都具有自我相似、自我繁殖的分形特征。近年来，随着分形理论的发展，分形植物模拟成为计算机仿真领域的重要课题。本文旨在从理论研究和植物真实感两个方面对以分形理论为基础的植物模拟方法进行一些探讨和实践。在植物形态模拟方面，人们利用基于IFs的方法和基于L一系统的方法做了大量研究工作，但仍然有很大的发展和改进余地，因为目前还很难实现对于任意种类

2、、任意形态植物的逼真模拟，植物形态的内在形成机理和规则也有待深入研究。基于分形理论的植物模拟方法主要有L一系统、迭代函数系统、受限扩散凝聚模型和粒子系统等。本文将自然界中比较有代表性的树木和类似树木的植物作为主要研究对象，在对四种主要分形植物模拟方法的模拟对象和算法特点进行分析对比后，选定以L一系统为主要研究起点，对基本L一系统作了四个方面的改进，包括转角增量的改变、利用曲线绘制枝干、增加随机因素、定义和制作植物绘制元件等，增强了植物模拟的立体效果。针对植物结构形态的模拟方面，本文还提出并制作出了一个基于VoRONoI图分割和分形迭

3、代理论的植物结构模拟系统，该系统以基元概念作基础，通过对基元进行交互调整进而改变整个模拟植株的形态以便能贴切的模拟植物的枝干结构，并且在实验的基础上可以得到经验参数和实际模拟结果。利用分形技术进行植物形态模拟的两种常用方法是L一系统和迭代函数系统(IFs)，因为这两种方法有各自的局限性，所以单独用其中一种方法很难实现植物形态的自然与逼真模拟。本文在深入分析了这两种方法各自特点的基础上，提出了一种L一系统与IFs有机融合的植物形态模拟新方法，利用L一系统生成植物的枝干结构，利用IFs生成植物的叶片，达到扬长避短的目的。尤其是利用IFs

4、迭代函数系统生成叶片族元件的利用，大大简化了绘制过程，也有效提高了三维绘制速度。模拟实验结果表明，利用本文提出的方法可以方便地模拟各种植物的形态，且具有更加自然与逼真的效果。关键词分形，lFs系统，L一系统，元件，真实感，VoRoNO山东大学硕士学位论文ABSTRACTAlthoughtheshapesofplantsvariousspeciesisdifference，theyhavethecommoncharacterofself．simila“tyalldself-reproduce．Withthedevelopmentoff

5、ractaltheory，simulateplantsusingfractalbecameanimponantproblemoncomputersimulatefield．Thisthesispurposeinvestigatingalldpracticingthemethodofsimulatingplantsbasedonfractaltheoryintheorystudy锄dappliedsoftware．MuchresearchhasbeenconductedonDlantsimulationbasedoniteration

6、functionsystem(IFS)锄dLsystem．Howeverthesemethodsstillneedtobedevelopedandimproved，fbrnowitisdifficulttosimulatevariousplantswithdifferentsh印esrealisticallyaIldnaturally，moreoverthefbrmingmechanismandnllesofthenaturalscenesalsoneedtobefurtherstudied．Therearefourmethodso

7、nsimulatingplantsbasedonfractaltheorvcurrently：L—system，IteratedFunctionSystem，DiffusionLimitedAggregationModelaIldPracticalSystem．Becausemeemphasisofresearchistree锄dplantsofsimilartreeinnature。theauthorchoosestheL．systemasthefoundationofresearchafteracomparativeanalys

8、istosimulatingobiectandthecharacterofalgorithm，TherearefourimprovementsinL—systeminthispaperincludingchangesofanglein