基于改进L-系统的植物形态建模方法研究-论文.pdf

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1、第31卷第9期计算机应用与软件Vo1．31No．92014年9月ComputerApplicationsandSoftwareSep．2014基于改进L．系统的植物形态建模方法研究李纪永马学强杜德彭(山东师范大学信息科学与工程学院山东济南250014)(山东省分布式计算机软件新技术重点实验室山东济南250014)摘要L．系统是表达植物拓扑形态结构的重要方法之一。然而传统的L-系统表达植物枝条弯曲的方法复杂，产生式难以提炼，生成的枝条结构生硬。为了更好地模拟植物枝条弯曲的形态结构，对传统的L-系统进行改进。改进的L-系统将B一样条曲线的数学表达式转化为L一系统的规则产生式，以生长节点为中心，结

2、合B一样条曲线表达，灵活控制枝干的弯曲性，并且采用生长节点的动态数据结构设计，最终实现植物枝条形态的逼真模拟效果。关键词L．系统B．样条曲线生长节点形态结构中图分类号TP311文献标识码ADOI：10．3969／j．issn．1000—386x．2014．09．013RESEARCHoNIMPROVEDL．SYSTEMBASEDPLANTFoRMMoDELLINGLiJiyongMaXueqiangDuDepeng(SchoolofInformationScienceandEngineering，ShandongNormalUniversity，Jinan250014，Shandong，Ch

3、ina)(ShandongProvincialKeyLaboratoryforDistributedComputerSoftwareNovelTechnology，Mn250014，Shandong，China)AbstractL—systemisoneoftheimportantmethodstoexpressthetopologicalformstructureoftheplant．However，traditionalL—systemiscomplexinexpressingthebendingofplantbranches，hardtoabstracttheproduction，an

4、dthebranchstructuresgeneratedarestifaswel1．Inordertobettersimulatetheformstructureofthebendingofplantbranches，weimprovethetraditionalL—system，theimprovedL—systemconvertsthemathematicalexpressionofB—splinecurvetorulesproductionofL—system，whichtakesthegrowthnodesasthecentre，combineswithB—splinecurvee

5、xpressiontoflexiblycontmlthebendingpropertyofbranches；moreover，itusesdynamicgrowthnodedatastructuredesign，eventuallyrealisestherealisticsimulationeffectoftheplantbranchesform．KeywordsL-systemB-splinecurveGrowthnodeFormstructure系统、随机L一形态、三维L一系统等。尽管如此，改进的L-系统模0引言拟植物形态的逼真程度还不能很好地进行表达。比如，枝条的弯曲模拟不够逼真等。因

6、此，本文对传统的L一系统进行了改近年来，随着计算机图形学的研究与发展，以及三维显示技进，将B．样条曲线’融合到L一系统中，以植物生长节点为中术的普遍应用，对植物拓扑结构和几何形态的计算机模拟已成心，将植物的动态生长过程抽象为不同的生长单元按照一定的为人们研究的热点。植物的模拟是计算机图形学的重要研生长周期进行状态的转移，并结合参数L一系统可控，动态实现究领域之一，尤其是对植物枝条的模拟。比如，植物枝条的自然可控植物形态的仿真模拟J。形态模拟，植物枝条的弯曲形态模拟等。对植物可视化的仿真模拟，不仅可以直观地在虚拟平台上再现植物的各种形态图像，1L-系统及其改进而且可以模拟现实中费事费力的实验过

7、程。因此植物的可视化模拟方法层出不穷，而在众多的模拟方法中，以模拟植物形态见1．1L-系统理论长的L一系统⋯是最重要的模拟方法之一。L一系统⋯是一个字符串改写系统。一个字符串D0L一系统L-系统是由生物学家AristidLindenmayer⋯提出的一种基是一个有序的三元组T=。其中，C是系统的字母于字符串的迭代重写机制。L-系统侧重于植物拓扑结构的表表，C是一个非空起始字符串，QCC×C是一个产