植物是自然界中最常见的生物,与我们的日常生活密切相关。虚拟植物生长是一种虚拟现实技术中复杂耗时且最关键的技术之一,它随所虚拟的物体不同而不同。其研究在农林研究、绿化景观设计、教育、娱乐、商业等领域有着重大的应用前景和实用价值。 本文以黄瓜为例研究了三维植物器官的几何建模和基于双尺度自动机模型的植物生长模型,并设计和开发了黄瓜生长模拟与可视化系统。本模拟可视化系统是针对黄瓜植株这一特定植物的可视化模拟,而不是构建通用的植物模型,本文分析黄瓜植株器官及植株拓扑结构的特点并综合各种建模方法提取适合黄瓜植株各器官、整体植株及动态生长过程的可视化方法。本文的具体工作如下: 1.提出了黄瓜果实、花、叶片等植物器官的几何构造算法。算法具有控制参数少,灵活性好的特点。 2.构建基于粒子系统的黄瓜叶片纹理。该算法避免了传统的纹理贴图方法复杂的纹理坐标计算带来的复杂性和对贴图高要求的局限性。 3.黄瓜果实、花的动态生长过程的模拟。 4.创建了基于双尺度自动机原理的黄瓜生长模型。该模型考虑了植物的生长机理,参数物理意义明确,结构简洁条理,形象直观,易于理解和编程实现。 5.黄瓜模拟可视化系统的设计与实现。该系统的主要功能有:参数控制的黄瓜器官(果实,花)的展示及器官发育过程的动态展示;黄瓜整体植株的展示与群体植株的展示;漫游及黄瓜植株动态生长过程的展示。