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樱桃花序建模及其在中学生物实验教学中的应用

作　者: 郭嘉琨
导　师: 王文永
学　校: 东北师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 人工生命虚拟植物 L系统向光性
分类号: G633.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

虚拟植物就是利用计算机来模拟植物在三维空间中的生长发育过程。随着计算机图形学技术的发展,对虚拟植物的研究逐步深入。由于植物的生长环境是极其复杂的,为了模拟真实,我们在研究虚拟植物的时候应考虑植物受外界环境影响所发生的变化。虚拟植物是一个跨学科的交叉领域,涉及到图形学、植物学、数学、教育学等多门学科知识,因此吸引了各领域专家的关注。虚拟植物在农业、教育和娱乐等领域得到广泛的应用,特别是在教育领域的应用尤为突出,许多研究所开发了虚拟实验室等相关软件,推动了现代化教育的进步。本论文系统的实现是在Window XP操作系统下基于Visual C++和OpenGL库开发的三维图形应用程序。本文首先深入分析了当前虚拟植物研究的国内外现状,并对与虚拟植物生长模拟相关的计算机图形学理论、植物建模方法、Bézier曲线、Bézier曲面和植物学相关知识进行了介绍。其次,深入研究Bézier曲线和Bézier曲面知识,利用Bézier曲面对樱桃花朵及萼片进行建模,然后改进L系统方法,利用改进的L系统对樱桃花序进行建模,并建立樱桃花的生长过程模型。再次,研究影响植物生长的外部环境因素,建立基于光照条件下樱桃树的生长模型,利用开发工具编码实现。最后,将虚拟植物应用于生物实验教学中,总结虚拟植物在生物实验教学中的意义;对全文工作做了总结,对今后的工作进行了展望。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题的研究背景  8
  1.2 课题的研究意义  8-10
    1.2.1 课题研究的理论价值  8-9
    1.2.2 课题研究的现实意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-11
  1.4 本文的研究内容  11
  1.5 论文结构安排  11-12
第二章相关理论基础  12-19
  2.1 计算机图形学理论基础  12
  2.2 人工生命  12
  2.3 植物建模方法  12-13
    2.3.1 L 系统  12-13
    2.3.2 双尺度自动机模型  13
    2.3.3 迭代函数系统  13
    2.3.4 粒子系统  13
  2.4 L 系统基本原理  13-15
    2.4.1 简单 L 系统  13-14
    2.4.2 随机 L 系统  14-15
    2.4.3 参数 L 系统  15
    2.4.4 语义相关 L 系统  15
  2.5 Bézier 曲线和 Bézier 曲面  15-16
    2.5.1 Bézier 曲线  15-16
    2.5.2 Bézier 曲面  16
  2.6 植物学相关理论  16-19
第三章樱桃花形态结构模型的建立  19-24
  3.1 基于 L 系统的樱桃花花序建模  19-21
  3.2 基于 Bézier 曲面的樱桃花建模  21-24
    3.2.1 樱桃花花朵的建模方法  21-23
    3.2.2 樱桃花萼片的建模方法  23-24
第四章基于约束条件下樱桃花花序的建模  24-28
  4.1 影响植物生长的环境因素  24-25
  4.2 基于约束条件下樱桃树的建模  25-28
第五章樱桃树生长模型的开发工具  28-32
  5.1 开发工具  28-30
    5.1.1 VC++简介  28-29
    5.1.2 OpenGL 简介  29-30
  5.2 编码实现  30-31
  5.3 实验效果  31-32
第六章成果应用及对比分析  32-36
  6.1 虚拟实验室简介  32
  6.2 应用于中学生物虚拟实验室  32-35
  6.3 对比分析  35-36
第七章总结与展望  36-37
  7.1 工作总结  36
  7.2 工作展望  36-37
参考文献  37-39
致谢  39

樱桃花序建模及其在中学生物实验教学中的应用

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