学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

竹子地上部分形态特征及生长建模研究

作　者: 王岩
导　师: 张云伟
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 竹子形态特征参数几何模型生长模型可视化仿真
分类号: S795
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 42次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

研究竹子地上部分的形态结构特征及其生长分布规律并建立计算机模拟模型,实现其三维模拟仿真是一项基础性的工作,可以为数字化林业及竹林侵蚀控制和坡面保护研究提供技术支持和新的方法手段。本文在总结竹子地上部分生长发育规律,分析竹子各个器官的主要几何形态特征和生长特点的基础上,结合实验观测的方法和图像处理方法,提出了描述竹子地上部分各个器官的几何形态模型和生长建模方法,包括竹笋,幼竹和成竹的秆枝叶等。并以小金竹为实例,在竹子生长的数学建模中应用Logistic生长方程,通过实测值计算得到符合小金竹生长参数的Logistic生长方程,提取了小金竹主要器官几何模型和生长模型的主控参数。其中包括竹笋日生长量,破笋时间和高度,首次分枝高度,秆茎节数,分枝节数,竹节间距,分枝节间距,分枝数量,分枝角度,茎叶夹角,每分枝节叶片数量,以及叶片的空间分布情况等形态控制参数。通过观测,分析归纳了竹子胸径(本文取1/10高度处)随秆高变化的规律,叶片长轴与短轴之间的比例关系等等。并初步使用图像处理的方法,以竹叶片为例,进行叶片轮廓形态控制参数的提取。根据上述建模方法和实验观测数据,构建了竹子地上部分生长模拟模型,给出了模型参数数据结构,并初步编写算法。以VC++6.0为软件开发平台,结合OpenGL三维图形开发工具,通过系统界面输入小金竹的形态控制参数后,如秆高、总的竹节数、破笋的时间等,进行模拟仿真,软件程序系统能够初步实现竹子地上部分茎秆叶生长的三维动态显示。仿真过程和结果较符合小金竹实际的生长状态,说明所建立的模拟仿真系统是有效的。本文提出的生长建模及模拟仿真方法具有较好的普遍性,可推广应用于其他竹类植物地上部分的生长模拟。本文开展的研究工作为下一步竹林生长的模拟仿真奠定了基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-10
第一章绪论  10-24
  1.1 引言  10
  1.2 虚拟植物技术  10-12
    1.2.1 虚拟现实技术  10-11
    1.2.2 虚拟植物技术  11-12
  1.3 虚拟植物的国内外研究现状  12-19
    1.3.1 国外研究现状  12-16
    1.3.2 国内研究现状  16-19
  1.4 本论文研究的目的及意义  19-23
    1.4.1 虚拟植物的研究意义  19-20
    1.4.2 本论文研究的内容及意义  20-23
  1.5 本章小结  23-24
第二章虚拟植物生长建模理论与方法  24-30
  2.1 引言  24
  2.2 植物生长建模的理论基础  24
  2.3 植物生长的主要建模方法  24-29
    2.3.1 L-系统  24-26
    2.3.2 迭代函数系统IFS  26-27
    2.3.3 粒子系统法  27
    2.3.4 分枝矩阵和A系统法  27-28
    2.3.5 AMAP模型  28
    2.3.6 植物三维重建法  28-29
    2.3.7 基于植物图像的建模方法  29
  2.4 建模方法比较分析  29
  2.5 本章小结  29-30
第三章竹子地上部分的形态特征及生长规律  30-46
  3.1 引言  30
  3.2 竹子地上部分的形态描述  30-34
    3.2.1 竹秆(culm)  30-32
    3.2.2 秆芽(culm-bud)和枝条(branch)  32-33
    3.2.3 叶(leaf)  33-34
  3.3 竹子的形态特征和生长特点  34-35
    3.3.1 形态特征  34
    3.3.2 生长特点  34-35
    3.3.3 小金竹的形态特征和生长特点  35
  3.4 竹子地上部分主要器官的几何建模  35-40
    3.4.1 竹笋的几何模型  35-36
    3.4.2 秆茎和分枝的几何模型  36-37
    3.4.3 竹节的实现  37-38
    3.4.4 叶片的几何模型  38-40
  3.5 形态结构  40-45
    3.5.1 拓扑结构  40-41
    3.5.2 秆枝三维实体模型的实现  41-43
    3.5.3 新分枝的方向  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章竹子地上部分茎秆叶的生长建模  46-68
  4.1 引言  46
  4.2 描述竹子地上部分形态特征数据参数的获取  46-50
    4.2.1 试验地概况  46
    4.2.2 实验方法  46-47
    4.2.3 秆高生长的变化  47
    4.2.4 节间长和粗的测量  47-49
    4.2.5 竹叶片长和宽的测量  49
    4.2.6 竹子地上茎秆叶整体形态  49-50
  4.3 叶片形态特征参数的提取  50-54
    4.3.1 材料与方法  50
    4.3.2 叶片图像处理  50-51
    4.3.3 阈值分割  51
    4.3.4 中值滤波除噪  51-52
    4.3.5 轮廓提取  52-53
    4.3.6 茎叶夹角的提取  53
    4.3.7 叶片控制点的确定  53-54
    4.3.8 叶片面积求解  54
  4.4 测试结果  54-55
  4.5 竹子地上部分茎秆叶的生长模型  55-64
    4.5.1 竹笋的生长方法  55-57
    4.5.2 竹子秆茎的生长方法  57-59
    4.5.3 竹子径生长方法  59-60
    4.5.4 秆高与直径之间的定量关系  60-61
    4.5.5 竹子的节间长度变化规律和生长方法  61-63
    4.5.6 竹子枝叶的生长  63-64
  4.6 数据模型的建立  64-65
  4.7 描述竹子生长状况的几何参量  65-67
    4.7.1 各级秆枝的数量统计  65-66
    4.7.2 竹子的秆高、体积和表面积的统计  66-67
    4.7.3 叶面积总量的统计  67
    4.7.4 秆枝表面积指数、体积指数、叶面积指数的计算  67
  4.8 本章小结  67-68
第五章系统算法的编写与实现  68-78
  5.1 引言  68
  5.2 系统设计  68
  5.3 系统的开发环境与工具  68-71
    5.3.1 Microsoft Visual C++6.0和MFC  69
    5.3.2 OpenGL功能简介  69-70
    5.3.3 建立VC与OpenGL的应用接口  70-71
    5.3.4 建立OpenGL应用程序框架  71
  5.4 数据结构  71-72
  5.5 真实感图形技术的应用  72-74
    5.5.1 OpenGL的坐标系与变换  72
    5.5.2 消隐技术  72-73
    5.5.3 光照与材质  73-74
    5.5.4 双缓存技术  74
  5.6 模拟仿真系统的实现  74-77
    5.6.1 系统算法流程  74-75
    5.6.2 输出结果  75-77
  5.7 本章小结  77-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78-79
  6.2 主要问题及后续研究展望  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-86
附录攻读硕士学位期间发表学术论文情况及参加课题一览表  86

竹子地上部分形态特征及生长建模研究

内容摘要

全文目录

相似论文