植物的生长与模拟之一:概述

        形成了一个长期的计划,大约需要1年左右,来设计一个可以在功能—结构上模拟单个植物生长的3维植物模型。
它的不仅仅是外形像植物,更重要的是内部的水分/物质运输和生长过程也表现出对植物的模拟。比如你从左边
不断射来光线,他就往左边歪。你不给他浇水,他就萎蔫掉。你不施肥,他决不会从营养生长进入生殖生长等等。
俗称‘人工生命’吧,大概。——我们对植物的了解,还是大大超过动物的。

打算做这个课题有大约1个月了,原因有几个:

一则考博士复习普通植物学的时候,没想到通过解释GreenLab基本方程的办法,竟然也考了个良好。才发现
用数学方式描述植物学也还真是有用。

二则,发现法国人给我们的植物生成软件也没有源代码,也很不好用,参数太多。据说是因为他们收了企业
很多赞助,把软件商业化的缘故。其实我的渲染器代码受益人也是学校。我自己都不能开源的说。

第三,最近在花店,发现其实一个植物生长机那真是园艺游戏的基础。左边一剪刀,右边一剪刀,花儿到底
什么样子?把花儿种在手机里如何?一株植物2个分叉,左边右边各留3朵花,或者只在一边留6朵,到底哪个
情况结出的果实大?

第四,顺便的,生成植物模型的时候,就不必叫美工去做,而是电脑随意生成,不错吧!

具体来说,目前模拟植物的模型有3大类,分别是L-System,AMAP Sim和GreenLab.前者来自卡尔加里大学,后2者来自
法国自动化研究。我们实验室用的是第3个模型,产生的是玉米,水稻,棉花和樟子松的模型。当然,我们和卡尔加里
大学的那位什么什么斯基教授也有来往,但主要还是和GreenLab的爸爸—飞利浦老师合作。

从技术上说,一般的L-System是基于分形的,是极为工整的植物外观模拟。植物都很漂亮,其规则也有明确的植物学结构意思,
例如叶序,花序,分支,节间等等。但是至少我们实验室的主任认为这些规则没有很好的功能意思。你不能从L System得到
什么关于植物内在的数据,也很难使他与环境互动起来。

而GreenLab是包含比较完整的生物量产生与生物量分配模型的模型。他的基础是Source-Sink Model和植物构件自动机
简单地说,又你可以从叶片尺寸,水分蒸腾和营养输入,得到每一时刻的糖类生产质量,结合生物量在不同器官间的分配,
从而得到与外界互动的植物模型。  而这模型其空间性质又反馈的影响生长过程,好似真的植物一样。

现在开始收集文献,不令人奇怪的是,L-System拥有最好的文档系统。好在我有2个实验室的许多学位论文,否则GreenLab的真相
怕是永远也不能揭晓给大家了。

下面是L系统的讲义
L-System的老家:
http://algorithmicbotany.org/papers/
L-System的SIGGRAPH讲义:
http://algorithmicbotany.org/papers/sigcourse.2003.html

The Algorithmic Beauty of Plants

The Algorithmic Beauty of Plants 详细描述了L-System植物算法的核心。可以下载。
http://algorithmicbotany.org/papers/#abop

需要说明的是,我不打算专门进行植物渲染的研究,比如叶绿体,绒毛等等。那样子我从学校得不到经费或者智力的支持。
我的计划核心在于建立从功能到结构的开源植物模拟模拟机器。3D图形表示的是他的外观。但是,这无论如何
也算是图形学相关的内容吧,哈哈。大家一起议论一下是不是这样子?无论如何,SIGGRAPH 80年代就出现植物
模拟的论文呢。只有流体力学方程或者引擎的东西才算图形学么?

GreenLab的简要介绍pdf:
http://www.scilab.org/events/scilab2004/final_paper/14-MengZhen_GreenLab.pdf
一份简单的源代码for SciLab
http://lis.buaa.edu.cn/scilab05/downloads/Scilab_former/02/X%20Zhao-Greenlab.zip
GreenLab中国主页:
http://liama.ia.ac.cn/index.php?option=com_content&task=view&id=23&Itemid=63
GreenLab(DigiPlant)法国主页:
http://www.inria.fr/recherche/equipes/digiplante.en.html
残念DigiPlant是非公开的

下面的图 解释了 我的玉米模型从何而来。这Ma Y.T.和Kang M.Z.都是我师姐,哈哈。
再下边的是银杏。



Figure 1: Fitting results obtained on maize data from China Agriculture University (Ma Y.T.);
(a) simulated maize, (b) internode weights, and (c) leaf weights. Red dots represent experimental data and green lines simulated data.




Figure 2: Architectural and physiological growth of a gingko tree (Kang M.Z.).


接下来,我将首先分析L-System与GreenLab模型的植物学概念及其数学模型。然后提出适合园艺游戏需要的
植物模型与算法。这大概需要一个比较长的过程。哈哈。但是:

                            伙计们,给我拿L System的专著和博士论文来吧!

(待续。。。)









posted on 2006-05-16 01:43 asashina 阅读(1405) 评论(15)  编辑 收藏

评论

#1楼  2006-05-16 07:05 竹下客 [未注册用户]

建议你看看Tompson的《生长与形态》、Stewart的《第二重奥秘》,都有中文翻译本。

里面很多关于植物形态的数学与物理学原理的分析和模拟。   回复  引用    

#2楼  2006-05-16 07:47 sumomofan [未注册用户]

可以用blender试试,在blender的基础上开发吧   回复  引用    

#3楼  2006-05-16 07:51 sumomofan [未注册用户]

另外最新的好像叫做宇宙光年系统?L-system比较老了

园艺游戏的市场不是很大,国内就更不用说了,我有印象的就是PDA上的一个游戏了


  回复  引用    

#4楼  2006-05-16 08:37 sumomofan [未注册用户]

宇宙光年系统--xfrog使用的

blender有比较完整的Lsystem的实现,不过是几年前的东西了
  回复  引用    

#5楼  2006-05-16 08:40 sumomofan [未注册用户]

宇宙光年系统-Xfrog使用的,另外blender有比较完整的lsystem的实现,几年前的东西了,如果和blender相关请入QQ群   回复  引用    

#6楼  2006-05-16 16:51 小P      

支持,前几天我在GameDev上看到一个流体力学研究者在研究之余,给出了一个建立在流体力学实时模拟(based on GPU)基础上的2D小游戏(名叫Plasma Pong)。这种在真实现象中游戏的创意我觉得非常好,有时候给人的娱乐感觉甚至是很自然直观的,人们还是非常倾向于跟更真实的东西打交道,即使是一杯水或者一朵花。
如果GreenLab的模型能够带来相当的交互性的话,我想从一个植物游戏再完善成一个园艺养成类游戏,最终来一个植物总动员也未尝不是一个很好的方向!

不过,如果从游戏的设计观点来看,特别是这种图形交互式游戏,讲究的是实时性能,CPU上模型的生成会不会成为可玩性游戏的瓶颈?你的目标是做成一个用于美术策划的生成工具呢,还是一个具备一定真实性的实时交互系统(游戏)?

当然,支持开源!

PS,你的研究方向不是Realtime Raytracing吗,如果能把实时光照效果加入,明天多美好啦,^_^   回复  引用  查看    

#7楼 [楼主] 2006-05-17 01:44 asashina      

@小P

哈哈多谢啦 其实你可以找到L-System On GPU的论文:-)
GreenLab目前还在完善阶段,就连我这实验室这里对这个
也只是开了个头。目前首先进行情报收集,和系统分析。   回复  引用  查看    

#8楼  2006-05-17 16:31 kaito [未注册用户]

希望能够站在世界研究的前沿。   回复  引用    

#9楼  2006-06-04 02:35 cchip [未注册用户]

主要是为了植物的美   回复  引用    

#10楼  2006-06-04 02:36 cchip [未注册用户]

主要是为了植物的美   回复  引用    

#11楼  2007-05-24 13:39 魏 [未注册用户]

你好,不知道你在不在?我也想在这一块开展研究,不知道可不可以交流呢?我在国内,weiz1983@126.com,有没有关于这个领域相关的qq群呢?请指教   回复  引用    

#12楼  2007-08-21 21:45 软件所 [未注册用户]

呵呵,看你的文章我猜你是自动化所的吧?呵呵   回复  引用    

#13楼  2008-04-05 08:53 cau [未注册用户]

虽然只在实验室短短待了一段时间,对功能-结构模型理解的还是挺深刻的,克鲁克山真是科研天才,快回来吧。
这个领域目前还没有qq群,但是有google讨论组vipd,想加入跟我联系吧
wangfeng.cau@gmail.com   回复  引用    

#14楼  2008-04-10 16:16 cxf [未注册用户]

这都是些什么人啊??
好像是很厉害。lz加油。   回复  引用    

#15楼  2008-08-25 21:20 agri521 [未注册用户]

agri521也在收集可视化软件,欢迎关注。   回复  引用    


标题  
姓名  
主页
Email (只有博主才能看到) 
验证码 *  看不清,换一张 [登录][注册]
内容(请不要发表任何与政治相关的内容)  
  登录  使用高级评论  新用户注册  返回页首  恢复上次提交      
该文被作者在 2006-05-17 01:40 编辑过


相关链接:
 




<2006年5月>
30123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031123
45678910

导航

统计

与我联系

搜索

 

常用链接

留言簿(11)

我参与的团队

随笔档案

相册

最新评论

阅读排行榜

评论排行榜