農(nóng)林植物生長系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)與仿真

序
前言
第1章 緒論
1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬農(nóng)業(yè)
1.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)及其發(fā)展歷史
1.1.2 虛擬農(nóng)業(yè)
1.2 數(shù)字植物及其科學(xué)內(nèi)涵
1.2.1 數(shù)字植物提出的背景
1.2.2 數(shù)字植物的概念及內(nèi)涵
1.2.3 數(shù)字植物的發(fā)展階段
1.3 植物生長系統(tǒng)的虛擬設(shè)計(jì)與仿真
1.3.1 植物生長系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)與仿真的內(nèi)涵
1.3.2 植物生長系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)與仿真的基本研究問題
1.3.3 植物生長系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)與仿真的主要技術(shù)與方法
參考文獻(xiàn)
第2章 植物形態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的采集
2.1 基于圖像的數(shù)據(jù)采集
2.1.1 植物三維形態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集
2.1.2 植物器官顏色和紋理數(shù)據(jù)采集
2.2 基于三維數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集
2.2.1 三維數(shù)字化儀的技術(shù)原理和應(yīng)用
2.2.2 三維激光掃描儀的技術(shù)原理和應(yīng)用
2.2.3 植物變形和運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)采集
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第3章 植物形態(tài)幾何建模和交互設(shè)計(jì)
3.1 計(jì)算機(jī)圖形建模基礎(chǔ)知識(shí)
3.1.1 多面體模型
3.1.2 曲面模型
3.1.3 應(yīng)用于植物形態(tài)模擬的主要曲面建模方法
3.2 植物器官三維形態(tài)建模
3.2.1 基于參數(shù)化的植物器官建模
3.2.2 基于骨架的植物器官幾何建模
3.2.3 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的植物器官曲面建模
3.3 植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的交互式設(shè)計(jì)
3.3.1 基于參數(shù)的植物器官三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)
3.3.2 基于拉普拉斯的植物器官網(wǎng)格曲面交互設(shè)計(jì)
3.3.3 基于交互式骨架模型的根系三維形態(tài)設(shè)計(jì)
3.3.4 植物植株形態(tài)的交互式設(shè)計(jì)
3.4 三維植物造型的表面細(xì)節(jié)建模技術(shù)
3.4.1 基于脈序骨架的植物葉脈幾何建模
3.4.2 葉片鋸齒輪廓生成
3.5 討論
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第4章 基于圖像的植物形態(tài)三維重建
4.1 概述
4.2 圖像采集和三維信息獲取
4.2.1 立體視覺
4.2.2 相機(jī)標(biāo)定
4.2.3 特征匹配
4.2.4 三維信息的獲取
4.3 植株三維形態(tài)測(cè)量與重建
4.3.1 葉片的測(cè)量與建模
4.3.2 植株骨架的提取與測(cè)量
4.4 基于圖像的植物形態(tài)重建系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)
4.4.1 相機(jī)標(biāo)定
4.4.2 圖像處理
4.4.3 模型顯示功能
4.4.4 葉片重建
4.4.5 植株骨架重建
4.4.6 三維測(cè)量單元
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第5章 三維植物模型的真實(shí)感繪制技術(shù)
5.1 真實(shí)感圖形的基本概念
5.2 光照處理
5.2.1 局部光照模型
5.2.2 面繪制模型
5.2.3 全局光照
5.2.4 OpenGL的光照模型及應(yīng)用
5.3 紋理映射
5.4 植物器官表觀顏色仿真
5.5 植物造型表面絨毛生成
5.5.1 絨毛分布的生成
5.5.2 絨毛的幾何表示和放置
5.5.3 參數(shù)控制
5.5.4 結(jié)果示例和討論
5.6 三維植物群體實(shí)時(shí)陰影生成
5.6.1 Z-pass算法
5.6.2 陰影的實(shí)現(xiàn)過程
5.6.3 陰影算法描述及效果圖
5.7 植物 冠層光分布計(jì)算模型及其應(yīng)用
5.7.1 植物冠層光分布計(jì)算主要方法
5.7.2 基于輻射度的作物冠層光分布計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
5.7.3 使用嵌入式輻射度算法進(jìn)行散射光效用評(píng)價(jià)
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第6章 植物生長過程的可視化仿真
6.1 基于生長模型的農(nóng)作物生長可視化仿真
6.1.1 玉米形態(tài)結(jié)構(gòu)及器官幾何模型構(gòu)建
6.1.2 玉米形態(tài)模擬模型
6.1.3 實(shí)例分析及模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
6.2 基于關(guān)鍵幀的作物生長三維動(dòng)畫模擬
6.2.1 玉米骨架模型
6.2.2 植株尺度模型上的參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)
6.2.3 器官尺度模型上的參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)
6.2.4 從骨架模型到植株模型
6.2.5 結(jié)果與討論
6.3 基于馬爾可夫模型的果樹枝條生長仿真
6.3.1 蘋果樹的分枝特性
6.3.2 基于隨機(jī)過程的蘋果樹分枝模型的建立
6.3.3 果樹形態(tài)發(fā)展的實(shí)時(shí)模型
6.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
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第7章 基于物理的植物變形和運(yùn)動(dòng)模擬
7.1 概述
7.2 基于質(zhì)點(diǎn)一彈簧系統(tǒng)的植物器官變形模型
7.2.1 質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型及其解法
7.2.2 植物器官變形模型
7.2.3 模擬結(jié)果和討論
7.3 植物葉片卷曲和萎蔫過程模擬
7.3.1 基本思想
7.3.2 相關(guān)研究
7.3.3 雙層質(zhì)點(diǎn)一彈簧系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的葉片運(yùn)動(dòng)模型
7.3.4 基于雙層質(zhì)點(diǎn)一彈簧系統(tǒng)的葉片模型
7.3.5 葉脈骨架驅(qū)動(dòng)的葉片變形模擬
7.3.6 總結(jié)與討論
7.4 園藝植物藤蔓攀援特性建模和攀援行為模擬
7.4.1 相關(guān)工作
7.4.2 植物攀援行為的基本知識(shí)
7.4.3 藤蔓植物攀援行為模擬
7.4.4 模擬結(jié)果和討論
7.4.5 小結(jié)
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第8章 植物系統(tǒng)虛擬場(chǎng)景繪制和實(shí)時(shí)漫游
8.1 植物群體漫游中的碰撞檢測(cè)和處理
8.1.1 基于空間散列法的虛擬植物碰撞檢測(cè)算法
8.1.2 植物群體冠層實(shí)時(shí)碰撞處理
8.2 雨雪天氣的實(shí)時(shí)模擬
8.2.1 相關(guān)工作
8.2.2 基于粒子系統(tǒng)的下雪模擬
8.2.3 雪的堆積
8.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
8.3 虛擬溫室環(huán)境的實(shí)時(shí)漫游
8.3.1 日光溫室LOD模型
8.3.2 視點(diǎn)的漫游及碰撞檢測(cè)
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第9章 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)規(guī)范
9.1 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件需求分析
9.1.1 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)
9.1.2 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件需求分析
9.2 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件的評(píng)價(jià)指標(biāo)
9.2.1 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)目標(biāo)
9.2.2 植物三維形態(tài)設(shè)計(jì)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)
9.2.3 植物三維形態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)
9.2.4 綜合評(píng)價(jià)模型
9.3 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)模式與開發(fā)規(guī)范
9.3.1 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)模式
9.3.2 植物三維形態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)庫
9.3.3 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件功能模塊
9.3.4 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)流程規(guī)范
9.3.5 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件開發(fā)規(guī)范
9.3.6 植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)前景
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第10章 農(nóng)作物生產(chǎn)場(chǎng)景虛擬仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開發(fā)
10.1 背景分析
10.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)和平臺(tái)需求
10.3 平臺(tái)組成
10.3.1 總體結(jié)構(gòu)及功能
10.3.2 主要功能簡介
10.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)
10.4.1 插件接口定義和管理
10.4.2 場(chǎng)景組織和繪制
10.4.3 環(huán)境數(shù)據(jù)接口
10.4.4 動(dòng)畫格式重用
10.4.5 自然現(xiàn)象模擬
10.4.6 場(chǎng)景動(dòng)畫
10.5 應(yīng)用示例
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第11章 農(nóng)林植物虛擬設(shè)計(jì)與仿真
11.1 西瓜三維形態(tài)設(shè)計(jì)與仿真
11.1.1 西瓜的形態(tài)特征
11.1.2 西瓜主要器官的幾何建模
11.1.3 基于知識(shí)的西瓜植株拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成
11.1.4 植株形態(tài)交互式生成
11.1.5 西瓜植株形態(tài)生長過程模擬
11.1.6 西瓜三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)
11.2 小麥三維形態(tài)設(shè)計(jì)與仿真
11.2.1 小麥地上部器官的幾何造型
11.2.2 小麥植株三維形態(tài)設(shè)計(jì)與生長模擬軟件系統(tǒng)的開發(fā)
11.2.3 應(yīng)用示例
11.3 蘋果樹三維形態(tài)設(shè)計(jì)與生長模擬
11.3.1 蘋果樹器官幾何造型建模
11.3.2 蘋果樹形態(tài)生長過程的可視化模擬
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第12章 日光溫室虛擬設(shè)計(jì)
12.1 虛擬溫室研究現(xiàn)狀
12.2 日光溫室交互式設(shè)計(jì)
12.2.1 日光溫室的基本結(jié)構(gòu)
12.2.2 溫室結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模
12.2.3 日光溫室的交互式設(shè)計(jì)
12.2.4 三維附屬組件的導(dǎo)入
12.2.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和結(jié)果
12.3 日光溫室采光量的實(shí)時(shí)計(jì)算及可視化
12.3.1 計(jì)算模型
12.3.2 可視化計(jì)算
12.3.3 算法實(shí)現(xiàn)與結(jié)果
參考文獻(xiàn)
第13章 土壤結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)
13.1 基于Koch曲線的土體孔隙三維可視化仿真
13.1.1 三維Koch曲線建模
13.1.2 土體孔隙結(jié)構(gòu)的可視化建模
13.1.3 土體孔隙結(jié)構(gòu)的可視化計(jì)算應(yīng)用
13.2 基于粒子系統(tǒng)的土壤可視化仿真研究
13.2.1 模型假設(shè)
13.2.2 土壤粒子系統(tǒng)可視化建模
13.2.3 模型實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
13.3 粒子系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)
13.3.1 繪制效率優(yōu)化
13.3.2 計(jì)算復(fù)雜性優(yōu)化
13.3.3 粒子數(shù)量優(yōu)化
13.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
13.4 基于面向?qū)ο蟀瞬鏄涞耐寥澜Y(jié)構(gòu)虛擬漫游碰撞檢測(cè)
13.4.1 面向?qū)ο蟀瞬鏄浠緮?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
13.4.2 基于面向?qū)ο蟀瞬鏄涞奶摂M漫游碰撞檢測(cè)
13.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
參考文獻(xiàn)
第14章 總結(jié)與展望
14.1 存在的挑戰(zhàn)
14.2 進(jìn)一步的研究重點(diǎn)
14.2.1 植物生長建模和可視化研究
14.2.2 多尺度仿真集成問題研究
14.2.3 實(shí)時(shí)虛擬互動(dòng)體驗(yàn)技術(shù)研究
14.2.4 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下異構(gòu)模型、方法的共享關(guān)鍵技術(shù)研究
14.2.5 虛擬化科研環(huán)境構(gòu)建
14.2.6 面向應(yīng)用的開發(fā)
彩圖