植物三维结构参数化建模系统的设计与实现

第３４卷第１期２００６年２月

浙江工业大学学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＺＨＥＪＩＡＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１．３４Ｎｏ．１

Ｆｅｂ．２００６

植物三维结构参数化建模系统的设计与实现

丁维龙。陈敏智

（浙江工业大学信息工程学院，浙江杭州３１００３２）

摘要：基于植物生长规律及其拓扑结构特点，将参数化绘图技术应用于植物三维结构仿真，以提高植物拓扑结构生成的速度．在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上，使用ＯｐｅｎＧＬ图形接口，结合植物三维形态建模实际需要，采用面向对象编程技术，设计并实现了一个集植物形态模拟及可视化、场景动态渲染、植物生长动画等功能的植物三维结构可视化模拟系统．重点介绍了参数化建模原理、Ｌ系统算法的改进、各种植物构造模型的模拟、系统的模块设计及用户界面的实现，最后给出了系统应用的具体例子．

关键词：植物三维结构；参数化建模；改进Ｌ系统；ＯｐｅｎＧＬ

中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：１００６－４３０３（２００６）０１—００８２－０４

Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ｏｆ３Ｄｐｌａｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈｒｕｌｅｓａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｔｈｅｐｌａｎｔ，ｔｈｅｐａ—ｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ３－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｍａｇｅｓｏｆｐｌａｎｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｐｅｅｄｏｆｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐｌａｎｔ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｎｅｅｄｏｆｐｌａｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎｅｗｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆ３一ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｐｌａｎｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＯｐｅｎＧＬａｎｄＯｂｊｅｃｔ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐａ—ｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄＬ—ｓｙｓｔｅｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｐｌａｎｔａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｄｕｌｅｓａｎｄｔｈｅｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｏｏ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｐｌａｎｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｉｍｐｒｏｖｅｄＬ—ｓｙｓｔｅｍ；ＯｐｅｎＧＬ

０引言

植物生长建模及可视化研究是对植物三维空间结构及其生长过程的计算机仿真．以植物为对象的计算机建模与可视化仿真具有重要的意义，它不仅在虚拟场景生成、影视特技与广告创意制作、三维动画片制作等领域广泛应用，而且已经在植物生长规律研究上发挥重要作用．

植物形态建模及可视化的研究起源于上世纪６０年代．１９６８年，Ｌｉｎｄｅｎｍａｙｅｒ提出一种形式化语言——Ｌ系统，用于植物生长的可视化模拟［１］．从此，植物生长建模吸引了国际上众多计算机、应用数学、植物学、农林学以及生态学等领域的学者致力于该方面的研究．在过去的３０多年中，他们提出了许多植物形态建模方法和模型，如各种改进的Ｌ系

收稿日期：２００５—０２—２８

基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（Ｙ１０５３１４）

作者简介：丁维龙（１９７５一），男，安徽萧县人，讲师，博士。主要从事植物形态建模和智能系统研究　万方数据