基于L-system的植物模拟仿真

南开大学毕业设计中文题目:基于L-system的植物模拟仿真英文题目:SimulationofplantsBasedonL-system学生姓名系别计算机科学与信息工程系专业班级指导教师成绩评定目录1绪论................................................................51.1开发背景...........................................................51.2开发目的及意义.....................................................71.3主要研究内容及设计思路.............................................71.4论文结构安排.......................................................82系统总体说明.......................................................102.1使用环境..........................................................102.1.1硬件配置要求....................................................102.1.2软件配置要求....................................................102.2系统主要功能......................................................102.3系统主要特点......................................................103开发环境与相关技术.................................................123.1开发环境..........................................................123.2开发工具..........................................................123.3设计方法与技术....................................................123.3.1设计方法........................................................123.3.2设计技术........................................................134仿真设计要点.......................................................184.1仿真总体设计......................................................184.1.1仿真采用模式....................................................184.1.2仿真采用结构....................................................184.1.3仿真整体功能介绍................................................184.2L文法设计........................................................184.2.1分解............................................................194.2.2同态............................................................204.3视图颜色设计技术..................................................224.4植物外形设计......................................................224.4.1叶子设计........................................................224.4.2花瓣设计........................................................234.5植物生长函数设计..................................................244.6植物生长效果......................................................255分析与结论.........................................................275.1创新点............................................................275.2存在的问题........................................................275.3经验和体会........................................................275.4展望..............................................................27参考文献..............................................................28致谢..................................................................29附录1:相关英文文献...................................................30附录2:英文文献中文译文...............................................38摘要自然界普遍存在着不规则且复杂的现象。而分形则是探讨自然界的复杂事物的客观规律及其内在联系的需要。本文从分形学以及分形思想着手并以此引申出L-system作为它的一个典型实例，对L-system基本原理和形式化描述做了细致的表述。文章结合分形思想和L-system的形式化描述，着重对仿真的模型进行设计，给出了L-system的文法设计流程图。并且在分解过程中对植物器官进行改写并将结果保留在串中，在同态过程中根据匹配的改写规则模拟解释相应的植物外形，从而实现了重点设计有别的分解技术与时间上先后，空间上并行同态技术。紧接着对视图文件相应数据初始化和对植物外形进行相应的设计并对植物叶子生长函数、花瓣尺寸等十个生长函数进行设计和调整。这样模型得以建立，针对该模型当改变部分参数是，仿真出不同的植物模型。得到了一种模型多种仿真的目的。关键词：分形；L系统；植物仿真ABSTRACTTherearemanyirregularandcomplexphenomenainnaturegenerally.AndTheFractalistheneedthatistoexplainnaturalobjectivelawsofcomplexthingsandinnerassociation.ThispaperstartswithTheFractalanditsideologyandexplaintheproductionoftheseandhowtheyhaveagreatimpacttherealworld.Finally,thearticlecombinesfractalideaswiththeformaldescriptionofL-system,focusesondesigningthesimulatedmodelandgivesagrammarflowchartofL-system.Moreover,itadaptedplantorganandremainedtheresultsinthestringduringtheprocessofdecomposition.Also,itsimulatedlyexplainedcorrespondingplantsshapesothatitrealizedthehomomorphismtechnologyoffocusedonthedesignofdecompositionandhadtimeandspaceparallel.Thenweinitializedthecorrespondingdataofviewingfiles,madecorrespondingdesignsonplantsshape,designedandadjustedgrowthfunctionofplantleavesandpetalsandother10sizedgrowthfunction.Thismodelcouldbeestablishedandwhenitchangessomeparameters,itwillsimulatesdefferentplantsmodels.Apurposeofmulti-simulatedmodelisreached.Keywords:Fractal;L-system;Plantsofsimulation5基于L-system的植物模拟仿真（天津农学院计算机科学与信息工程系）1绪论伴随着计算机的发展和普及，计算机的用途也逐渐由纯粹的计算向其他用途发展。越来越多的计算机被用于游戏，网络，虚拟现实等对界面，视觉比较高的应用中。随着各种复杂界面的设计，GUI也被广泛的应用。因而催化了计算机科学的另外的一门重要的技术——仿真。仿真是近来计算机世界的热点之一，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，更是数字全球概念提出的依据和基础技术。仿真可以用计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（VirtualWorld）的计算机系统[1]。它的发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。因而它是一项具有深远意义的和潜在应用价值的新技术。1.1开发背景自上世纪60年代以来，对于植物仿真方面的研究取得了很大的发展，这也引起众多学者的研究兴趣。Oppnheimer提出了[2]基于分形的植物的实时动画制作方法。植物的生长由一些基本参数控制、这些参数包括子树枝与母树枝的夹角，子树枝相对母树枝长度的收缩比例，子树枝相对母树枝的旋转角以及母树枝上生长的子树枝的树木。然后根据这些参数递归地生成新的字树枝，同时在植物的每一生长新的字树枝的节点处对树枝生长参数进行随机扰动、使生成的植物更真实，使它具有统计自相似的特点而不至于显得过分规则。Barnaley提出了IFS（IterationFunctionSystem）系统。IFS是一套在理论上非常完美的系统，在植物的生成中，采用大量的空间点表示植物的形状，因此对生成植物的处理带来一定的难度。IFS由一组仿射变换组成，通过对这些仿射变换的重复叠代生成复杂的分形图，包括用IFS生成植物的形状。用IFS制作分形图的过程如下：1、确定IFS码。IFS码由一组压缩仿射变换组成。压缩仿射变换根据模拟物体的大致形状确定。2、由IFS生成它的吸引子。输入一初始出发点，每次随机选择一个压缩仿射变6换对该点进行仿射变换，获得新的位置，