学生姓名

学 号

n090801104

专    业

计算机科学与技术

指导教师姓名

职 称

讲师

所在学院

信息科学与技术学院

选题来源

科研课题 √   生产实践    其它  /

选题类型

毕业设计 √   毕业论文  /

选题名称

基于L_system的植物叶子模拟研究

研究的目的

及意义

近年来，自然景物的模拟一直是计算机应用领域中最具挑战的问题。作为自然景物模拟的重要内容，对树木、流水、山川的模拟正日益引起人们的关注。植物是自然界最常见的景物，其种类繁多，形状各异，长势千姿百态，以及它们结构的不规则性和自相似性，给研究者们带来了很多难题。但是随着计算机应用技术的完善和提高，计算机模型已经可以帮助我们理清局部形态发展和整体特征和形式之间的关系。我们可以用植物建模技术建立叶子模型来说明植物叶子生长过程。在几何方面，我们可以深入研究叶子细胞分裂模型，叶序模型，叶子形式和经脉模型以及叶片表面分茎模型。在分子领域，我们可以深入关注植物叶片生长过程中光合作用，植物生长激素，以及植物各部分营养分配对叶片形态的影响。目前，计算模型已经成为发育植物生物学的主流技术。计算模型解决了人类基因组序列中了解组织器官基因与了解组织器官之间的分歧。而通过研究植物叶子的模拟也为人类研究人体器官基因的关系打下了坚实的基础。甚至研究植物叶子模拟，可以更好的对远古植物叶子化石进行分析，这对地球生物进化史具有重要的意义。植物叶子模拟研究同样对计算机图形学理论发展产生重要的推动作用。近年来，随着分形几何理论的发展，真实图形的生成是目前计算机图形学的重要领域，植物模拟技术是这一前沿领域的核心内容之一。对植物叶子模拟的研究，对计算机图形学的发展具有重要的理论意义。植物叶子模拟研究对人们的生产生活具有积极作用。通过对植物虚拟实验，替代了现实中难以进行且费时费力的昂贵试验，避免了资源浪费，为植物栽培技术提供理论依据。植物叶子模拟研究提高了各类农业资源的利用效率，为精确农业技术的应用提供指导依据，有利于农业科技的推广。

国内外同类

研究概况

国外1988年法国蒙彼利埃国际农业研究合作中心提出了参考轴技术进行植物建模的方法。基于这个原理，研究中心开发出了一套名为AMAP的建模软件，并广泛应用于各类植物模型的构建。到20世纪末，出现了更多植物结构功能模拟的尝试，虚拟植物技术方法盛行，各种各样的建模方法和理论的产生为后来的植物建模研究奠定了扎实的基础。进入21世纪，植物建模方法得到了改进和创新，其中L-系统和参考轴技术得到了深入研究和发展，成为近年来比较主流的建模方法。

中国在20世纪90年代初引入了基于分形理论的植物建模思想。进入21世纪，中国科学院自动化所、中国农业大学、中国科技大学等与法国CIRAD中心通过技术合作，在原有的AMAP软件基础上，开发了双尺度自动机模型GreenLab，利用Quasi-Monte  Carlo模拟植物环境、空间对植物生长现状的影响。

研究内容

及计划

内容：叶片预定义曲面建模研究、叶片发展形曲面建模研究、叶片复合型建模研究。

计划：1、根据植物叶子结构特点，对传统L-系统生成植物叶子的方法进行了改进，将叶子模型的生成过程变换成递归过程，使算法高效而简洁。

2、考虑到植物叶片表面分茎的拓扑结构上的自相似性，设计一种基于勾画的叶子建模方法，在交互式界面中实现分茎模型与主茎形态的统一。

3、将改进的L-系统与素描建模方法相结合，从而实现以交互、高效的方式控制植物叶子生长模型的构造。

4、利用分形递归算法和龟形编译系统相结合，采用图形学中编程技术对叶子模型进行可视化。

2.20-2.25 开题报告

2.26-3.31 收集资料，阅读国内外相关文献，对研究思路进行整理

4.01-4.25 初步设计编译，完成相关程序

4.26-5.15 完善研究，完成论文写作

5.16-6.01 准备答辩

特色与创新

特色：1、叶片设计合理，代码编写正确，功能完善

            2、叶片模拟种类繁多，易于对照分析

            3、运用了计算机图形学理论以及数学各种方法相结合对叶片进行

                  设计

创新：叶子模拟从设计到编译一直紧密结合人们生产生活实践，目的就是为了提供人们能够数字化欣赏大自然各类植物叶片构造生长过程，增长了人们的知识，满足了新一代年轻人对可视化植物的好奇心。做到了让人坐在家中也有回归自然的感觉。

指导教师

意    见

                               指导教师签名：

                                                 年   月   日