植物可视化建模中光照对植物生长的影响

论文摘要

虚拟植物(Virtual Plant)就是应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育,以可视化的方式反映植物的形态结构规律。近年来,随着信息技术的进步,虚拟植物已逐渐成为一个跨学科研究的活跃领域,吸引了各领域专家的普遍关注,尤其是计算机图形学技术的引入,为虚拟植物的发展提供了更加广阔的发展空间。然而,如何在计算机上实现环境因素影响下的植物模拟却是该领域研究的一个难点,其困难之处主要表现在植物与环境的交互是一个相当复杂的过程且涉及较多因素,很难找到一个普适的数学模型来描述之。本文主要研究众多环境因素中对植物生长产生重要作用的光照环境,重点探讨和研究植物与光照环境之间的关系,并对光照环境与植物生长之间的动态交互影响进行可视化模拟,主要工作如下:①研究环境因素影响下的植物可视化建模的理论意义及应用领域,重点考察该研究领域国内外的研究现状和实现方法;②从植物生理学角度研究植物生长的环境以及环境对植物生长的影响,并分析各种环境因子作用的特点;③深入研究光照因素对植物生长的主要影响及作用。光对植物生长主要有两种作用,间接作用和直接作用。间接作用即为光合作用;直接作用是指光对植物形态建成的作用。本文重点研究光照对植物生长形态建成方面的作用;④综合各种植物建模方法及植物的生理学特征,提出光照因素与植物生长动态交互影响的系统框架和实现模型,从各个方面探讨了系统的可行性及运行效率,并最终编程实现;⑤基于上面的交互系统,对常见的光照影响植物生长的现象进行了可视化模拟。最后,对全文的工作进行了总结,并对以后的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的理论意义及应用领域
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 现有的植物可视化软件
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的章节安排
• 2 植物与环境的关系
• 2.1 引言
• 2.2 植物环境
• 2.2.1 光因素
• 2.2.2 水因素
• 2.2.3 温度
• 2.2.4 人为因素
• 2.3 环境因子作用的特点
• 2.4 本章小结
• 3 光照对植物生长的影响
• 3.1 引言
• 3.2 光对植物生长的两种作用
• 3.3 光合作用
• 3.3.1 光合作用的概念
• 3.3.2 光合作用的原理
• 3.3.3 光合作用的研究意义
• 3.4 光对植物形态建成的作用
• 3.4.1 光形态建成的概念
• 3.4.2 光敏受体
• 3.4.3 光形态建成的主要表现
• 3.5 本章小结
• 4 植物与光照环境交互系统的设计及实现
• 4.1 引言
• 4.2 系统设计目标及相关约束
• 4.2.1 系统目标
• 4.2.2 开发平台和工具的选择
• 4.3 系统模型及框架
• 4.3.1 模型抽象
• 4.3.2 系统框架
• 4.3.3 植物模块
• 4.3.4 光照模块
• 4.3.5 交流模块
• 4.4 VIRTUAL PLANT系统设计及实现
• 4.4.1 主控模块
• 4.4.2 文法解释模块
• 4.5 交流模块系统设计及实现
• 4.5.1 DDE 技术
• 4.5.2 CommLib 的实现
• 4.5.3 交流符结构
• 4.6 光照模块系统设计及实现
• 4.6.1 光照如何影响植物生长
• 4.6.2 光照的表示与计算
• 4.6.3 八叉树
• 4.6.4 光线跟踪
• 4.6.5 光能传递
• 4.6.6 光照查询
• 4.6.7 光照模型工作流程
• 4.7 本章小结
• 5 光照影响植物生长的模拟实验
• 5.1 引言
• 5.2 植物生长中向光性的模拟
• 5.2.1 向光性理论
• 5.2.2 L 文法建模
• 5.2.3 实验结果
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 主要研究工作总结
• 6.2 进一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间的其它工作