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花卉植物形态与生长可视化仿真研究

作　者: 曾茜
导　师: 淮永建
学　校: 北京林业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 虚拟花卉 Bezier曲面生长模型 Logistic方程
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 56次
引　用: 1次
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内容摘要

随着计算机软硬件技术、图形图像技术和虚拟现实技术的飞速发展,虚拟现实技术在虚拟农林业的应用越来越广泛。在虚拟景观中,形态结构和功能结构统一的高度真实感虚拟植物生长模拟逐步成为数字植物的研究热点。花卉植物的形态结构复杂,叶片、花瓣等器官的可视化建模和生长仿真成为虚拟花卉的研究瓶颈。本文基于花卉图像和植物生态学,定义了花卉植物可视化仿真框架,提出一种花卉植物形态结构建模和生长可视化仿真算法。从花卉图像中分割提取植物器官的纹理特征；基于植物器官的分布形态进行仿射变换,定义叶群和花朵的拓扑分布结构模型；结合用双三次Bezier曲面模拟的单片植物器官几何形态,建立单株花卉。在模拟花卉植物的生长与开花时,为了忠于植物生长特性,采用经典的描述生物量积累的Logistic方程来模拟茎叶和花朵的生长过程；通过MATLAB对花卉植物的茎高、基生叶片长度、花瓣长度进行曲线拟合,建立S型生长曲线,并且基于不同节间叶片的生长特点定义了多层生长曲线。通过郁金香、石竹、茉莉等多种代表性花卉植物验证了算法的有效性,模拟的花卉逼真自然。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 选题背景和研究意义  7-9
    1.1.1 虚拟植物的历史  7-8
    1.1.2 虚拟植物的研究意义和存在问题  8-9
  1.2 论文的主要研究内容  9-10
  1.3 论文的组织结构  10-11
2 虚拟植物可视化方法研究现状  11-21
  2.1 虚拟植物的形态可视化  11-17
    2.1.1 基于几何的建模方法  11-14
      2.1.1.1 分形几何  11-12
      2.1.1.2 参数面片  12-14
    2.1.2 基于图像的建模方法  14-15
    2.1.3 几何与图像混合的建模方法  15-16
    2.1.4 基于草图的建模方法  16-17
  2.2 虚拟植物的生长模拟  17-20
    2.2.1 基于形态特征的虚拟植物生长模拟  18-19
    2.2.2 基于结构——功能特征的虚拟植物生长模拟  19-20
  2.3 小结  20-21
3 花卉植物单株模型建立  21-36
  3.1 花卉植物纹理图像提取  21-23
    3.1.1 Grab Cut交互图像分割获取器官纹理  21-22
    3.1.2 器官纹理变形矫正  22-23
  3.2 单株植物器官分布结构模型  23-26
    3.2.1 叶群结构模型  23-24
    3.2.2 花朵结构模型  24-26
  3.3 组织器官的曲面建模  26-30
    3.3.1 双三次Bezier曲面  27-28
    3.3.2 花卉植物营养器官曲面建模  28-30
  3.4 花卉植物真实感绘制  30-35
    3.4.1 器官纹理和光照处理  31-32
    3.4.2 木本花卉枝干的真实感表现  32-35
  3.5 小结  35-36
4 基于生态学原理的花卉生长可视化模拟  36-46
  4.1 花卉植物生长生理过程  36-38
  4.2 花卉生长可视化过程模拟  38-44
    4.2.1 Logistic模型  38-39
    4.2.2 花卉生长性状参数曲线拟合  39-42
    4.2.3 单株花卉的生长模拟  42-44
  4.3 小结  44-46
5 虚拟花卉可视化系统构建  46-53
  5.1 花卉植物可视化仿真框架  46-47
  5.2 功能模块与交互控制  47-52
  5.3 小结  52-53
6 结论与展望  53-55
  6.1 本文主要研究工作和创新之处  53
  6.2 下一步研究方向  53-55
参考文献  55-60
个人简介  60-61
导师简介  61-62
获得成果目录清单  62-63
致谢  63

花卉植物形态与生长可视化仿真研究

内容摘要

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