越冬前期小麦生长可视化技术研究

越冬前期小麦生长可视化技术研究虚拟小麦是虚拟植物的一个分支,如何从植物学角度忠实描述小麦生理生态和形态结构又能从计算机图形学角度快速真实渲染小麦生长是该领域的难题。目前,多数研究集中在研究小麦生长的生理生态模型和形态结构模型上,而很少考虑小麦的可视化模型。本文以越冬前小麦为研究对象,在研究并建立越冬前期生长机模型的基础上重点研究小麦生长的可视化模型及实时渲染技术。主要内容和结论如下:(1)测量了小麦越冬前期各主要器官的生长参数,利用实验数据,以生长度日为自变量,研究了越冬前期小麦各主要生长器官的发育生长过程,结合相关领域研究的小麦生理生态模型,建立了特定小麦植株的生长机模型。(2) 提出一种基于图像的小麦叶片形态的三维重建方法和叶片扭曲及卷曲模型。该方法采用轮廓跟踪法提取小麦叶片轮廓数据,根据小麦叶片生长曲线将轮廓数据映射到三维空间,能够在保持叶片形态的情况下实时控制叶片的变形。(3) 提出用树结构存储访问小麦各生长器官,采用树结构中的孩子兄弟表示法,能够体现小麦主茎与各级分蘖之间的层次结构,便于显示控制各级分蘖,比L系统更容易理解。(4)提出一种生长期制约的叶片纹理混合技术,该方法有效表现了叶片不同生长期叶色的变化情况;采用分段插值方法和关键帧技术实现了生长曲线的动态模拟;实现了动态阴影和光照技术,提高了小麦显示的真实感。(5)为提高小麦渲染的实时性,实验分析确定了系统在应用程序阶段、几何阶段和光栅阶段的瓶颈位置，提出采用集中计算集中渲染、LODffi多级纹理贴图、优化的矩阵求逆运算等方法实现管线优化。(6)开发了基于PC平台的小麦叶片轮廓提取和虚拟演示系统,结果表明,本系统结合了小麦的生长机模型,因此和一般的侧重计算机图形学表现的自然景物模拟方法相比,能够更忠实于小麦生长的植物学特性;同时,和一般的侧重生长机模型的模拟方法相比,由于考虑到了渲染的真实感和实时性,视觉效果更好。