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适用专业：农业机械化工程
适用年级：大学
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资料简介：
硕士论文-基于L-系统（cpfg语言）的植物模拟，共82页，37610字
摘 要
虚拟植物（virtual plants）就是利用虚拟现实（virtual reality）技术在计算机上模
拟植物的生长发育过程,它是以植物个体或群体为对象，生成具有三维效果和可视化
功能的计算机模型。生成的植物模型可以反映现实植物的形态结构,也可获得植物的
生理生态过程。在计算机上模拟植物的生长过程可以简单概括为两步：首先建立具有
表述植物基本拓扑结构能力的工具（比如 L-系统），即“植物形态发生模型”，然后
定义一些植物生长规则来描述植物的生长 。根据以上步骤，本论文主要做了以下工
作：
充分研究了解分形及 L-系统的理论及概念。分形模拟是由初始元和生成元通过
递归的替代过程，通过指定相应的递归深度便可以得到所需的图形。L-系统在本质上
是一种重写机制，它包括确定 L-系统、随机 L-系统、参数 L-系统、语义相关 L-系统
等等。基于上述理论，利用 cpfg 模型语言在 L-studio 软件平台上对一些典型植物作
了模拟。对树木的树形构成，包括单轴树形、合轴树形以及三轴树形的生长过程分别
作了模拟。对树木和草本植物的各种器官表面的形成方法作了讨论分析和模拟。模拟
过程中包括了树枝的分枝角度、植株的生长高度、枝干生长的粗细、叶片的形状、生
长过程中叶片及树干因年龄引起的颜色渐变等的规定。建立了用户控制界面，用户可
以通过改变诸如参数，实现对模型的控制。用户可以方便的控制诸如叶片的形状、大
小、整个植株的材质以及植株各个器官的生长函数，可以实现多种类似植物的模拟生
长过程。还可以通过改变生长时间来模拟植株在任一时间内的生长情况。 最后，为
了课题的更进一步的研究，作者对现阶段的研究工作作了总结，并对今后的工作进行
了展望。
关键词：虚拟植物；L-系统；cpfg 模型语言
目 录
摘要 i
Abstract......... ii
目 录
第一章
绪论.............. 1
1.1 问题的提出............ 1
1.2 课题的研究背景现状和意义 2
1.2.1 研究背景与研究现状 .... 2
1.2.2 研究意义 ......... 5
1.3 本论文的主要内容 .............. 6
第二章 分形理论及 L-系统 ...... 7
2.1 分形理论的产生和发展 ....... 7
2.2 分形的基本概念 .... 8
2.3 研究分形的一般方法 ........... 9
2.4 L-系统的基本概念 ............. 11
2.4.1 简单的 L-系统.............. 12
2.4.2 L-系统的龟行解释法 ... 13
2.4.2.1 L-系统的平面几何解释.............. 13
2.4.2.2 L-系统的三维立体解释.............. 15
2.5 本章小结............. 16
第三章 树木生长过程的模拟 . 17
3.1 生长过程模拟的 L-系统理论分析 ... 17
3.2 Cpfg 语言............. 23
3.2.1 简单的 cpfg 模型......... 23
3.2.2 生长式，变量和程序语句 ......... 24
3.2.3 同态和分解规则.......... 26
3.2.4 子 L-系统...... 27
3.3 树形结构的模拟 . 27
3.4 植物各种表面的的模拟..... 32
3.4.1 预定义表面法.............. 33
3.4.2 其他的表面生成方法 .. 34
硕士学位论文
3.5 树木生长过程模拟的程序演示........ 38
3.5.1 树的基本程序（L-system 界面）............. 38
3.5.2 模拟过程的其他界面.. 40
3.6 本章小结 ............ 43
第四章 草本类植物生长的模拟 ............ 45
4.1 L-系统算法的改善 ............. 45
4.2 时间 L-系统生长函数的选择........... 51
4.2.1 生长函数...... 51
4.2.2 非分枝结构的时间函数............. 53
4.2.3 分枝结构生长函数 ...... 55
4.3 草本植物生长过程模拟的程序演示 57
4.3.1 L-system 界面 .............. 57
4.3.2 view 界面及其他预定义和控制界面 ......... 59
4.4 本章小结 ............ 64
第五章 结论与展望 .. 65
参考文献 .... 67
目 录
致谢 ........ 71
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