基于人工生命模型的虚拟植物生长动画初探【文献综述】.docVIP

毕业设计文献综述 计算机科学与技术 基于人工生命模型的虚拟植物生长动画初探 摘要： 近年来，自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。作为自然景物模拟的重要内容，对树木、流水、波浪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，以及它们结构的不规则性和自相似性，给研究者提出了很多的难题。虚拟植物就是在计算机上模拟植物的连续生长过程，其模型是在对现实世界中的植物形态结构研究的基础上而建立的。通过应用3D数字化技术，对植物生长过程中的形态结构进行连续、精确的测量，并对所测得的数据进行分析研究以提取植物的生长规则；依据植物生长规则，利用科学可视化技术在计算机上建立虚拟植物模型。模拟自然界植物生长，还可以在军事、农业、商业、3D平面设计方面得到广泛应用。 关键词：虚拟树， L系统，替代重写， DirectX ， 3dmax L一系统简介 分形理论的引入，为植物的计算机模拟开辟了新的途径。其中，以着重表达植物形态见长的L系统就是该领域诸多研究方法的重点之一。它由美国生物学家Aristid Lindenmayer于1968年提出，后由Smith为模拟植物而将其引入计算机图形学。L一系统侧重于植物拓扑结构的表达，它试图用抽象出来的规则描述植物的形态及生长规律。它是一种形式语言。最简单的类型称作DOL系统。L一：系统是通过产生一系列字符串来描述分形树木图形特征。可设想一只乌龟在平面上爬行。例如：对单分枝灌木的描述，根据构图特点，定义如下命令： F—— 当前方向向前走一步； [——将系统的当前状态压栈保存； ]——将栈中状态弹出，即恢复系统的原来状态； +—— 由当前方向顺时针转8角； 一—— 由当前方向逆时针转8角． 该类灌木的L系统的原表达式为L=(G，W，P)其中G是字符集，这里G={F，+，一，[，]}；W 是起始生成元，用以确定字符串的初始状态，且W∈G，此处W=F，8= 8；P为该类植物的生成规则集。这里P=F—F『+F]F『一F]『F]在生成规则中，通过递归过程的设计，即能产生预期的分形植物图形。通过改变生成规则P生成不同的分形植物图形。 替代重写： 植物生长的本质可以利用一个重写 的系统来描述，即用后代模块构造反复地替换前代的模块。假设所有模块都属于一个有限的模块类型集，一个任意大的模块结构的行为能够用一个有限的重写规则或产生式的集合来指定。一个产生式指定怎样用一个或多个后代模块构造替换一个前代模块。该过程的一个简单的例子如图1所示。事件映射f将产生式的前面部分转换成双亲模块，也应用于产生式的后面部分决定孩子模块。 DirectX： 随着家用电脑不断普及，人们的工作生活与电脑的结合越来越紧密，电脑游戏以其匪夷所思的声光效果和独特的互动性娱乐方式，已经成为一门新兴的娱乐产业。各种游戏都是通过各种游戏引擎做出来的，当前流行的底层引擎主要是DirectX和OpenGL。本文只要用DirectX编程。 DirectX是一套应用程序接口，但是DirectX不同于OpenGL直接提供函数接口，在早期版本中，是以COM接口的形式提供给开发者的，随着微软.NET战略的实施，从DirectX9.0开始，DirectX开发接口还以.NET类库的形式提供给开发者。 Direct 3D是三位图形编程接口，主要通过矩阵变换和光照（TL），纹理映射等技术来渲染各种场景和角色，DirectSound是声音接口，主要用于播放音乐，在本程序中通过对以上两种接口的应用来简单实现动画效果。 3dmax： 3dmas是目前市场上最流行的三维造型设计和动画制作软件之一，也是当前世界上销售量最大的建模、动画及渲染软件。在当今数字化时代，3dmas为用户提供了极为强大的三维制作解决方案，在建筑、工业设计、电影特效制作等方面，3dmas都能够为人们提供完善的三维制作和现实引擎。 在本程序中，3dmas启着建模的作用，我们利用3dmas先在其中建立场景中所需的物体和人物，并完成材质、纹理的设置。在角色动画方面主要用3dmas完成角色的骨骼动画。 先在3dmas中制作出所需的场景，导出为.x文件后，再导入到vs2008中的图形程序中，然后对角色加入动画算法使画面具有动态效果并放置好场景模型，就能轻松得到你想创造的美丽世界了。 总结： 虚拟植物建模及其软件开发在过去的三十多年里已经有了相当大的发展，但是它对人类社会的影响才刚刚开始．作为一种新生事物，它的发展前景十分广阔，有许多值得进一步探讨的研究课题． 现在，植物建模方法还远未完善．由于植物生长机理与生长过程十分复杂，需要研究如何建立能真实反映植物生长机理的生理生态模型(如光合作用模型及呼吸作用模型等)以及植物生长环境模型(如光照、土壤、水肥等模型)