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信息技术的发展,为虚拟水稻的研究提供了新的方法和手段,利用计算机系统、结合水稻的生理生态过程可以模拟出符合水稻生长规律的具有机理性、更真实的虚拟水稻。
本文在研究水稻的生长特性和规律的基础上,利用计算机图形学,计算机编程技术,在结合参数化L系统建模方法基础上,引入有限态自动机模型,通过对田间试验采集的数据的处理和利用,尝试建立了基本符合水稻生长规律的水稻虚拟生长系统。
本文主要开展了以下工作:
(1)水稻器官的可视化模拟。对水稻叶片的可视化模拟包括水稻叶片的弯曲、扭曲、枯萎过程。叶片的模拟采用了4个控制点的Bezier曲线模拟叶片的边缘曲线,利用一元二次方程控制叶片的弯曲变化和扭曲变化,利用纹理与颜色空间相结合的方法模拟水稻叶片枯黄过程。
(2)利用参数化L系统建立水稻的拓扑结构。本文在研究和田间试验的基础上,总结了水稻的冠层结构特征和生长规律,结合参数化得L系统,总结出水稻拓扑结构的L系统描述,构建了整株水稻的拓扑结构。
(3)水稻生长模拟过程。引入有限态自动机原理,结合水稻的生长特性,分析和研究水稻生长的事件、状态、动作,以田间试验获取的数据为驱动,构建了水稻有限态自动机模型。将L系统和水稻有限态自动机结合,利用导龟解释,建立了以数据为驱动的水稻动态生长模型。
(4)系统设计与实现。使用C++语言,OpenGL图形编程接口,Visual Studio2005工具开发了虚拟水稻生长系统。系统可以控制水稻生长过程,利于观察不同时期水稻的生长状态,同时系统加入了简单光照量计算模块,计算水稻在光照环境下的光照量。
虽然本文对虚拟水稻做了一些基础性的研究,但离虚拟水稻的在农业上的实际应用还有一定的距离,还有很多内容需要进一步的深入研究。希望本文的工作能够对后来的研究者起到一定的参考作用。