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植物的计算机模拟是计算机图形学在自然景物造型和植物生长仿真试验上的一项重要研究与应用。至今,已经有许多植物形态模拟的建模方法被提出,其中主要的方法包括基于几何参数的方法、基于图像的建模方法,基于生物学机理与环境控制的方法和基于特征推理的方法。这些方法的应用与演变推动了植物模拟在虚拟农业实验、自然场景造型、动画和美术设计方面的应用。然而,这些方法还远没有完善,它们在解决现实中的问题仍存在各种问题。这制约了植物模拟技术的进一步发展和应用。为此,本文着重从植物模拟的效率以及植物模型的可复用性两个方面考虑,设法对现有的建模方法加以改进。
本文应用植物学和本体论的有关理论,实现基于植物特征综合推理的形态建模。探讨计算机图形学、植物学和本体论在植物模拟领域相结合的应用模式。该方法将推理应用于植物模型的创建中,不但可以直接利用前人积累的优秀创作素材,而且直观地反映了用户的意图,有助于快速得到用户所期望的植物模型。
本文的主要工作包括如下四个方面:
(1)运用植物学的有关知识,分析和抽取用以描述植物叶片的形态特征。
(2)基于叶片的形态特征,给出相应的几何模型,并通过大量的实验得出叶片特征与模型参数之间的关系,实现叶片特征的形式化表示。
(3)应用本体论的原理,设计植物叶片本体,并构建基于SWRL语言的叶片特征推理规则,实现基于叶片特征综合推理语义建模。
(4)在上述工作的基础上,开发一个基于叶片特征综合推理的图形模拟系统,实现叶片特征的语义推理以及叶片形态的图形生成、输出和存储。