基于l系统树木自动生成算法的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要L系统是植物可视化建模领域的一种基础理论，而树木是计算机虚拟现实场景仿真中不可缺少的景物构成，无数中外学者都在研究能高效生成逼真树木的算法，L系统就是其中最常见的算法之一。植物体的形态结构具有自相似规律，即构成母系统的每个独立子系统的形态结构都是母系统的缩影。L系统就是用字符串迭代来表现植物的这种自相似的几何拓扑结构，但是其描述过程复杂难懂。若要采用L系统来进行树木建模，就必须先设计编写字符文法规则，再通过几何解释迭代算法来绘制树木图形。由于不同的树木图形对应不同的字符规则，因此要获得理想的树木图形，就必须先精通L系统原理并编写精准的文法规则。而且L

2、系统是一种自底向上的描述植物生长过程的建模方法，若枝条的拓扑结构的控制不佳，就会机械性地重复迭代，得到的结果难以预料且缺乏真实感，这些问题都限制了其应用范围的拓宽。经研究发现，虽然自然界中的树木多种多样，但常见树木都是因其主枝干的造型不同导致形态各异。因此本文采用逆向思维，创造性地设计出一种识别算法，让用户无需编写繁琐的L系统文法，只简单勾画能代表树木主干形态的二维线形草图，微调少量参数，然后程序自动识别出适用的L系统字符规则，并快速绘制出具有一定真实感的复杂树木图形。本文的方法是在VC++环境下实现的，具有一定的实时性和人机交互性，算法的实现平台简洁明了，操作方便。关键词：L

3、系统分形树木建模草图勾画识别算法I华中科技大学硕士学位论文AbstractLsystemisatheorytosimulatethebiomorphicstructurewhichproposedbyanbiologistnamedAristidLindenmayer.Itisakindofbasictheoryinthefieldofmodelingvirtualplant.Treesareindispensablelandscapecompositionincomputersimulationofvirtualscene.TherearemanyChineseandfore

4、ignscholarsarestudyingonthealgorithmstosimulatetreesefficiently,Lsystemisoneofthemostfamousalgorithms.Plantmorphologyhasself-similarrules,whichmeanseachindependentsubsystemofthefemalesystemisaminiatureofthefemalesystem.Lsystemrepresentsthegeometrytopologystructureofplantbystringiteration,but

5、theprocessisverycomplexanddifficulttounderstand.Usually,ifpeopleuseLsystemtoconstructiontreemodels,firstlytheyshoulddesigncorrespondingstringrules.Duetothedifferenttreesgraphicscorrespondingtothedifferentstringrules,ifpeoplewanttoobtainidealtreesgraphics,theymustmasterLsystemprincipleandcomp

6、ilecorrespondingstringrules,whichgreatlyrestricttheapplicationsofLsystem.Lsystemisabottom-upmodelingmethodtodescribetheprocessofplantgrowth,sothefinaltreegraphicisunpredictableandlackofrealism.Thestudyfoundthat,usuallytheformofmainbranchesisthemostimportantfactortoaffecttheshapeofatree.There

7、forethispaperproposedakindofintelligentidentificationalgorithmswithreversethinking.Usersdon’tneedtowritecharacterrules,justneedtosketcha2dlinearsketchwhichdescribetheshapeofthetree,andfine-tuningsomeparameters,thenthesoftwareautomaticallyidentifyap