虚拟树木生成算法的研究及应用

作     者：鲁岳 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨广明;李有志

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：虚拟树生成算法 迭代函数系统 量子遗传算法 森林仿真系统 

摘      要：使用计算机模拟自然景物的技术已经广泛的应用于各行各业,随着植物仿真技术迅速发展和计算机硬件的不断升级,对虚拟植物的仿真度要求不断提高,因此如何快速并高效的生成形态逼真的虚拟植物成为了一个急需解决的问题,而树木作为自然界中最常见的植物,因此,对如何生成具有高仿真度的树木模型成为了重要的研究内容。在虚拟树木生成算法方面,已有的方法如字符串重写系统、几何分形法等都有各自的优势,同时也有其各自不同的适用范围。基于这些方法,国内外的众多学者已经实现了许多有效的虚拟树生成算法。但随着计算机技术的高速发展和植物仿真技术理论研究的不断进步,需要一种可以生成真实度更高的虚拟树木生成算法。本文主要基于迭代函数系统并通过分别与遗传算法和量子遗传算法结合来优化虚拟树木生成算法,提高算法所生成的树木模型的仿真度。并使用虚拟树木生成算法来实现森林仿真系统。本文基于迭代函数系统对虚拟树木生成算法进行改进。首先研究在二维空间中的虚拟树生成算法。然后将算法扩展到三维空间,实现三维空间中的虚拟树生成算法,并分别与遗传算法和量子遗传算法结合,优化虚拟树木生成算法。在实现优化算法时,将地形、湿度等因素引入到遗传算法和量子遗传算法适应度函数的计算,使模拟树木形态更具多样性。本文也使用所提出的虚拟树生成算法来实现森林仿真系统,经过将结果与使用传统方法所生成的森林仿真系统进行分析和比较,验证了本文所提出的虚拟树木生成算法能够更加高效的生成高仿真度的树木模型。