分形理論及骨架模型在土壤和根系可視化中的應(yīng)用.pdf

1、計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)和農(nóng)業(yè)知識的有機(jī)結(jié)合使得對農(nóng)林植物及其生長環(huán)境的研究跨入到數(shù)字化和可視化的階段，在計算機(jī)上以三維可視的方式分析、研究和設(shè)計農(nóng)林植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長環(huán)境和生長過程已經(jīng)成為可能。土壤是農(nóng)林植物最基礎(chǔ)的生存環(huán)境，根系是植物與士壤相互作用的紐帶，開展土壤和根系的可視化研究工作具有重要的研究意義，不但可以有力地推動和促進(jìn)數(shù)字植物的研究，對相關(guān)計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用和拓展也具有積極的作用。 本文利用計算機(jī)圖形學(xué)知識和技術(shù)，對土

2、壤孔隙結(jié)構(gòu)和土體三維可視化、玉米根系三維可視化交互建模進(jìn)行了研究，具體研究結(jié)果如下： (1)利用Koch曲線實現(xiàn)了土體孔隙結(jié)構(gòu)三維可視化仿真建模?；趶V義能量極小值原理，把傳統(tǒng)的Koch曲線由二維擴(kuò)展到三維；建立了土壤孔隙孔徑和深度之間的關(guān)系，確定了每條孔隙通道的空間分布；采用逐層繪制技術(shù)來繪制土體孔隙；最后通過“虛擬土壤”實驗進(jìn)行了模型驗證，結(jié)果表明在計算機(jī)上重建的土體孔隙能較好地表現(xiàn)特定土壤土體孔隙結(jié)構(gòu)特征，具有較強(qiáng)真實感。

3、 (2)利用粒子系統(tǒng)實現(xiàn)了土體結(jié)構(gòu)和土壤顆粒的可視化建模。首先建立土壤粒子系統(tǒng)模型框架，定義了9種基本土壤粒子；其次設(shè)置土壤粒子系統(tǒng)的初始狀態(tài)，然后分析并設(shè)定土壤粒子系統(tǒng)的運(yùn)動變化；最后通過粒子運(yùn)動得到了可視化土壤，并且通過計算三種不同土壤孔隙度進(jìn)行驗證，計算結(jié)果和趨勢都與實際相符。 (3)研究提高粒子系統(tǒng)實時性的方法，在一定程度上提高了模擬土壤顆粒的速度。 (4)采用視點控制技術(shù)和八叉樹碰撞檢測方法，實現(xiàn)了“虛