[發明專利]基于Web的虛擬植物可視化系統及虛擬植物構建方法

無效

• 申請號: 200910104108.4
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN101577012A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 朱慶生;曾令秋;葛亮;劉驥;屈洪春
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/70;G06T17/00;G06F17/30
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及計算機技術，植物仿真技術，尤其涉及計算機網絡和數據 分布式存儲技術。

背景技術

虛擬植物生長是指在計算機上形象直觀地再現植物的生長過程。利用 虛擬植物技術，可以在電腦屏幕上設計農作物，然后再進行實際培育或用 基因工程技術繁殖出真實的農作物，使其新品種具有模擬植物的理想性 狀。虛擬植物的研究起源于1968年美國生物學家Lindenmayer(1925-1989) 在生物雜志發表了“Mathematical?Models?for?Cell?Interactions?in Development”的論文，首次提出了“字符重寫系統(String?rewritting system)”的概念，為了紀念這位生物學家，稱為L系統，主要研究植物 的器官(主干，枝條，葉，花)等之間的相互關系。

帶參數的L系統定義為一個有序四元組G＝(V，∑，ω，P)，其中，V表示系 統中的字母集；∑表示形式參數集，C(∑)表示一個帶參數的邏輯表達 式，E(∑)表示一個帶參數的算術表達式。在這些表達式中可以使用算術運 算符如：+、-、*、/、^，關系運算符，如：＞、＞＝、＜、＜＝、＝＝，和 邏輯運算符，如：！、&&、||和括號()，表達式中還可以包含函數調用； ω∈(V×R^*)⁺表示非空參數單詞，稱為公理，其中R是實數集合； p⋐(V×Σ*)×C(Σ)×(V*E(Σ)*)*]]>表示規則集合。改寫規則的格式如下： pred：cond→succ其中pred表示前趨，cond表示條件，succ表示后繼，例 如：A(t)：t＞5→B(t+1)C(t^0.5，t-2)。

對于L系統本身來說，如上所示只是一種形式化語言。經過產生式迭 代產生的結果也只是一系列的字符串，其本身并不具備任何幾何意義。為 此，科學家引入一種稱為“龜形幾何”(Turtle?Geometry)的數學知識概 念，通過對字符串進行龜形解釋即可生成一系列復雜的圖形。二維情況 下，烏龜的當前狀態可用一個三元組<x，y，α>表示，其中(x，y)表示烏龜的當 前位置，α表示烏龜的朝向(Heading)即烏龜的爬行方向，每次響應動作 后該狀態都會改變。本系統采用的龜圖命令如下：RU，RR，RH為方向符號 (RH為生長方向，即龜的朝向)，分別表示繞旋轉(如圖1)， 帶一個參數，表旋轉的角度，順時針為正，逆時針為負；‘[’、‘]’為分 枝符號，即遇到‘[’時龜圖將壓棧保存當前的狀態，遇到‘]’時將彈棧 恢復上次壓棧信息，以實現植物的分枝；其它字符可分為兩類：臨時變量 和器官變量，其中臨時變量為產生式的中間迭代信號量，未綁定任何器官 信息，沒有幾何意義，而器官變量則有器官綁定信息，表示特定器官，有 幾何意義。

如虛擬植物所得字符串為：A[RU(45)B]C[RU(-45)D]E，其中A，B， C，D，E均綁定為線器官，則經過龜形幾何解釋后其三維渲染結果如圖 2。從A出發，遇到‘[’，將龜當前信息壓棧(即分枝)；遇到‘RU(45)’，將 龜繞軸旋轉45度，遇到B，按旋轉后的龜方向畫一直線；遇到‘]’，彈出 棧信息(即分枝完畢)，回到畫A后的龜狀態；遇到C，在A后畫一直線； 遇到‘[’，將畫C后的龜信息壓棧；遇到‘RU(-45)’，將龜繞軸旋轉-45度， 遇到D，按旋轉后的龜方向畫一直線；遇到‘]’，彈出棧信息(即分枝完 畢)，回到畫C后的龜狀態；最后遇到‘E’，在當前龜狀態后往方向畫一 直線。