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花卉植物形态与生长可视化仿真研究.pdf

花匠小妙招
2025-10-20 21:39

Computer Engineering and Applications计算机工程与应用
2012,48(8)185
花卉植物形杰与生长可视化仿真研究
准永建,曾茜
HUAI Yongjian, ZENG Xi
北京林业大学信息学院,北京100083
School of Information Science and Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
HUAI Yongjian, ZENG Xi. Visual simulation of morphology and growth of virtual flower plants. Computer Engineering and
pplications,2012,48(8):185-188
Abstract Due to the complex morphological structure of flower, virtual plant modeling and growth simulation with leaves, petals and
other organs become the key problem of virtual flower research. A common simulation method is presented for herbaceous flower mor-
phology and plant growth simulation based on real flower image and plant ecology. By using the flower pictures and bi-cubic Bezier
curved surface, it can extract flower texture details and simulate geometric features of plant organs. The whole plant can be established
by using the predefined topology structure of leaves and petals. In order to simulate the plant growth, the Logistic equation theory Is
provided to simulate the leaf growth and flower blooming. Tulip, jasmine and other representative flowers are taken as examples to test
the algorithm validity
Key words: virtual flower; Bezier curve; plant growth model; vertex buffer object
摘要:花卉植物形态结构复杂,叶片、花瓣等组织器官的可视化建模和生长仿真成为虚拟花卉的研究瓶颈。基于花卉图像和植
物生态学,提出一种通用的草本花卉形态结构建模和生长可视化仿真算法。结合花卉图像信息和双三次 Bezier曲面模拟组织器
官的形态,利用定义的花卉植物拓扑结构建立单株花卉。为了忠于植物生长特性,采用 Logistic方程模拟叶片和花瓣的生长过
程。通过郁金香、石竹、茉莉等多种代表性草本花卉植物验证了算法的有效性,模拟的花卉通真自然。
关键词:虚拟花卉; Bezier曲面;生长模型;顶点缓存对象
DOI:10.37785,1002-8331,2012.08,053文章编号:1002-8331(2012)08-0185-04文献标识码:A中图分类号:TP39
1引言
设备精确度要求较高,特征点匹配计算量较大。
花卉植物形态和生长可视化仿真是虚拟植物研究中极县
草本花卉结构相对树木简单,但器官纹理的细节要求更
挑战性的课题,近年来,植物生长模型研究有了很大进步,但高。本文以郁金香、茉莉等多种植物为例,研究了草本花卉茎
由于生长过程的复杂性及一定的不可预测性,研究成果较少;叶和花瓣等组织器官的形态结构表达和基于生态学的动态生
另外,目前的植物可视化仿真研究中,农作物及林木方面成果长可视化仿真技术,并提出了一种基于仿射变换的茎叶群落
较多,园林花卉植物的形态和生长可视化仿真研究还处于积和花瓣的分布结构模型。基于图像分割得到器官纹理,利用
累阶段们
双三次 Bezier E曲面模拟其几何形态;然后结合叶群和花瓣的分
植物形态与生长可视化主要分为组织器官形态建模、真布结构模型生成符合植物学形态的单株草本花卉;进行真实
实感绘制、基于生态学的动态生长等几个方面。在植物形态感绘制时,采用顶点缓存对象可以有效提高绘制帧速率;最后
建模方面,目前主要有基于几何的方法和基于图像的方法
通过 Logistic方程实时改变网格点坐标和旋转角度,模拟符合
前者通过一些规则和参数来建立植物的模型。最典型的L系植物机理的生长和开花过程。
统和迭代函数系统IFS在表现植物枝干结构整体效果上应用
很广,已经可用于实现树木的生长竞争性、叶序和花序?2花卉植物可视化仿真框架
等。草本植物的叶片、花瓣等片状器官的表现多使用曲面建2.1可视化仿真框架
模、 Delaunay三角化、自适应细分、视切片等方法。刘晓东
基于花卉植物形态结构特征和生长仿真需求,将花卉植
和丁维龙?分别采用 Bezicr i曲线和曲面模拟了玉米叶片和花株的可视化流程划分为三个模块:形态建模,真实感绘制和植
辦;曾兰玲和刘金定脚分别用 NURBS曲面模拟了梅花和荷花物生态学模拟;细分为五个步骤:植物组织器官纹理特征提
的形态;丛波明结合二次曲线送代元和IFS模拟二维花瓣的层取,单株建模,真实感绘制,组织器官的动态生长和大规模植
叠结构,复杂度低,但表面缺少变化。基于图像的建模通过输株群落仿真。花卉植物的可视化仿真框架如图1所示。
入的一幅或多幅图像生成与原始图像相似的模型。李云峰等?2.2基叶、花瓣分布结构模型
提取植物叶片图像的轮廓后进行三角化重建,但是三维空间
建立通用的叶片和花瓣分布结构模型,将单片曲面器官
可视感不够强; Ping Tan等叫基于计算机视觉原理从多幅图组合起来建立整株模型。
像恢复植物表面点的三维信息,然后结合恢复的点云和原始
设定花卉植株叶片的分布结构模型绘制叶片群落。由于
图像进行叶片和枝干的三维重建,其体实施过程中对于拍摄叶片体积随节间的升高而减小,每个节间的叶片都有一个缩
基金项目:国家自然科学基金(No.30872066)
作者简介:淮永建(1970-),男,教授,博士生导师,主要研究领域为膨现实技术、能拟观、数字林业;曾茜(1986),女,硕土研究生。Emai: huai(@163.cm
收稿日期:2010-09-27;修回日期:2010-12-24;CNKI出版:2011-03-15;ht:/ wwwcnki.net/kcms/detail/l.127.TP.2010315.1622.00ml
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