三维植物花朵动态仿真模型技术研究与实现.pdf

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1、2014年5月农机化研究第5期三维植物花朵动态仿真模型技术研究与实现丁德红，方逵，饶大鹏，敬松(湖南农业大学信息科学与技术学院，长沙410128)摘要：为了更加有效、真实地描述植物花朵的开放过程，提出了一种三维植物花朵动态仿真模型方法。该方法以生长函数对花朵的开放过程进行控制，采用贝塞尔曲面对花朵的花瓣进行构造，最后对植物花朵的开放过程进行仿真。试验表明，该方法能快速对植物花朵的开放过程进行仿真。关键词：花朵；植物生长函数；贝塞尔曲线；PlantVR中图分类号：TP391．41文献标识码：A文章编号：10

2、03—188X(2014)05—0016-04织、分枝结构、花序、叶序、节间、花朵、叶片及果实等0引言图像快速建造。北方工业大学CAD中心合作，实现了虚拟植物的三维生长过程模型研究就是利用现有理想条件下冬小麦苗期生长的三维动画模拟；与中国的虚拟现实技术在计算机上模拟植物在三维空问中科学院计算技术研究所CAD开放实验室合作，实现了的形态结构和其生长发育过程J。它是实现传统农不同生育期玉米形态三维重建。业走上精准农业、数字农业和农业信息化的必经之国外也有一些专家研究花开过程仿真，但更多的路，已成为国内外农业信

3、息化研究的热点问题之一。是植物生长过程的仿真，采用模型化方法构造植物外植物开花过程是植物发育的一个重要过程，花朵的形形，应用分形算法进行生长仿真。而对花朵的开花过态结构和特征能够反映植物的生理功能，对其仿真能程仿真还比较少，且还没有比较完善的仿真软件来实够指导现代农业的生产；另外，植物的开花过程还能现植物花朵的开花过程。因此，对花朵的仿真过程研在植物研究、园艺展示等方面有广泛的应用。究具有重要的意义。在虚拟植物的研究中，国内外学者主要集中在对为了对植物花朵的开花过程进行模拟与仿真，本植物的三维生长过程的研

4、究，即利用虚拟现实(VR)文以油菜花的开花过程为例，利用分形方法和虚拟现技术来对植物的生长模型进行研究，当前已取得了巨实技术对其开花过程进行仿真。在深入研究植物学大的成绩J。美国Onxy公司基于图形学研究方法，相关理论和计算机图像学的基础上，融合分形算法和开发了TreeClassic和TreePainter软件。该软件可快植物生长函数，提出了三维植物花朵动态仿真模型的速生成植物图形和制作大量植物图形图像库；澳大利构造。实验表明，该方法能够快速对植物花朵的开放亚研究机构CentreforPlantArchi

5、tectureInforrnatics基过程进行仿真。于L系统建模的研究方法开发了VirtualPlants软件。1相关理论该软件可以棉花、大豆、玉米等农作物进行模拟，以及表现植物根系的生长和病虫害对植物生长的影响。1．1植物学常识加拿大Calgary大学基于L一系统开发了CPEG，L—Stu—植物花朵是有性繁殖器官。关于花朵的本质结di和VirtualLaboratory软件，其在辅助景观设计、园林构，现比较流行的观点是：将花朵看成一个节点缩短规划等得到了应用。德国KortZ—Femhout公司应用图的

6、变态短枝J，即花的形态和结构跟树叶的性质具有形学开发了PlantStudio软件，并可以对植物分生组一般性。因此，一朵花一般由花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊群以及雌蕊群组成。其中，花梗和花托相当于树收稿日期：2007—05—19的枝，其余的4部分相当于树枝上的叶，并称为花部。基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD21B03)；湖南省科技重大专项(2010FJ1006)花瓣位于花萼的内侧面，是组成花冠的片状体。作者简介：丁德红(1975一)，男，湖南常德人，高级工程师，博士研究一般以其数目的

7、多少为花朵分类的标志，其中，双子生，(E—mail)dingdehong@126．con。叶植物的花朵一般有4—5枚花瓣，单子叶植物的花通讯作者：方逵(1963一)，男，湖南平江人，教授，博士生导师，(E—mail1fk@hunau．net朵一般具有3枚或3枚倍数的花瓣。十字花科植物的·l6·20l4年5月农机化研究第5期花瓣都是4片，如：油菜花、紫罗兰和桂花等。长，倾角大小快速增加；而后，又缓慢增加。根据这一1．2分形算法特征，可以得出，它们之间的关系符合植物生长函数分形图像学是现实分形物体的可视化以及

8、对相关的规律，如图2所示。物体的模拟。它是分形算法与计算机图形学相结合而形成的一门学科，其基础是分形几何学。分形算法是研究非线性的一门新型科学，其主要特征表现在以下几个方面J：一是物体局部与整体的相似性，可以从局部对整体进行认识；二是分析了整体与局部、有序与无序之间的关系和次序；三是从一定的层面揭示了客观世界的普遍联系和统一性。因此，分形算法具有自相似性、无标度性及自仿射性等(L+L)／2显著特征。(L+L．)／2分形算法的主