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硕士论文-基于L-系统的植物外观形态模拟研究，共64页，30445字
摘 要
植物作为构成人类生存环境的最重要的一环，与我们的日常生活密切相关。随着分
形学的研究和发展，植物模拟已成为人们研究的热点问题。植物模拟在教育、娱乐、商
业等领域中占有重要的地位，有着广泛的应用前景。
植物的种类繁多，其外在形态结构和内部生长机理各不相同，对植物生长建模的方
法也有很多种。本文在对四种主要分形植物模拟方法的模拟对象和算法特点进行分析对
比后，选定以 L-系统为主要研究起点。并基于植物形态的分形特征，对单轴分枝树木和
草本植物进行了模拟。论文主要内容如下：
本文在对影响植物外部形态的几种分枝和叶序结构进行研究的基础上，采用 L-系统
法对单轴分枝树形结构进行了建模，并对植物器官的建模方法进行了深入研究，提出了
一种基于逆向工程中模型重建技术的建模方法。
在此理论基础上，实现了单轴分枝树木和草本植物的外观形态模拟。在单轴分枝树
木模拟过程中，引入了分枝长度的数学模型，实现了分枝长度的模型化控制，并将单轴
分枝树木和合轴分枝树木的模拟结果进行了对比分析。
建立了用户控制面板，用户可以通过调节各项参数如分枝长度、叶片大小颜色等，
实现不同植物形态的模拟。
本文的研究结果对植物模拟的研究具有实际指导意义，将有力推动植物模拟技术的
应用和发展。
关键词：L-系统；模拟；分形
目 录
中文摘要.. I
英文摘要.II
1 绪论....... 1
1.1 问题的提出........ 1
1.2 课题研究的意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.4 本文的主要研究内容.. 5
1.5 小结 6
2 分形与 L-系统的基本理论 7
2.1 分形理论.. 7
2.1.1 分形的基本概念... 7
2.1.2 研究分形的方法... 8
2.2 L-系统的基本理论 .... 11
2.2.1 简单 L-系统........ 11
2.2.2 L-系统的几何解释 ....... 12
2.3 L-系统的扩展及应用 14
2.3.1 轴向树及括号的引入... 14
2.3.2 随机 0L-系统 ...... 16
2.3.3 参数 0L-系统 ...... 17
2.3.4 语义相关 L-系统 19
2.4 小结........ 22
3 植物主要结构的建模....... 23
3.1 植物学的基础知识.... 23
3.1.1 分枝方式... 23
3.1.2 叶序方式... 24
3.2 树形结构的建模........ 24
3.3 植物器官的建模........ 27
3.3.1 基于植物器官图像的建模方法....... 27
3.3.2 L-系统方法......... 27
3.3.3 基于模型重建技术的建模方法....... 29
3.4 小结........ 30
4 植物外观形态的模拟....... 31
4.1 单轴分枝树木的模拟 31
4.1.1 单轴分枝树木的参数选择..... 31
4.1.2 单轴分枝树木的算法流程..... 31
4.1.3 模拟实现... 33
4.2 草本植物的模拟........ 41
4.2.1 草本植物的参数选择... 41
4.2.2 草本植物的算法流程... 41
4.2.3 模拟实现... 42
4.3 小结........ 46
5 结论及进一步研究的建议......... 48
5.1 结论........ 48
5.2 进一步研究的建议.... 48
参考文献 50
致谢........ 53
导师组意见...... 54
学位论文独创性声明及学位论文版权使用授权书.. 55