水利水電工程地質(zhì)三維建模及可視化模擬理論與應(yīng)用

針對當(dāng)前國內(nèi)外三維地質(zhì)建模方法存在的構(gòu)造分析單一、處理數(shù)據(jù)量小、存儲量大及分析速度慢等局限，本項目研究結(jié)合數(shù)學(xué)地質(zhì)、可視化技術(shù)、先進的計算機圖形學(xué)和GIS技術(shù)，充分利用地質(zhì)勘探和實驗分析得到的空間分布不均的離散數(shù)據(jù)，創(chuàng)新地研究提出復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)造解析理論、復(fù)雜工程地質(zhì)三維建模理論方法、基于三維地質(zhì)模型的水利水電工程地質(zhì)可視化動態(tài)模擬分析理論方法和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的工程地質(zhì)三維交互式建模與分析理論方法。力爭解決當(dāng)前水利水電工程復(fù)雜地質(zhì)建模與可視化模擬分析中存在的一些應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)問題，并為實際大型工程的設(shè)計與施工提供技術(shù)支持平臺。研究成果具有先導(dǎo)性和實用性。 2100433B

虛擬作物這本書基于三維建模與可視化技術(shù)，主要講解了虛擬作物的三維建模和可視化的基本知識、作物器官的三維建模和可視化、作物動態(tài)三維建模與可視化、作物的內(nèi)部三維建模方法，以及作物生長三維建模與可視化軟件的設(shè)計與開發(fā)方法，結(jié)合玉米和黃瓜這兩種主要作物給出了大量的算法實現(xiàn)過程實例。本書的主要研究對象，是如何利用計算機三維顯示技術(shù)實現(xiàn)作物從外部到內(nèi)部、從靜態(tài)到動態(tài)生長的整體結(jié)構(gòu)建模方法和實現(xiàn)技術(shù)。全書內(nèi)容覆蓋面廣而又具針對性，圖示及程序?qū)嵗S富，可作為從事虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機圖形圖像、虛擬作物研究的大中專院校的本科生、研究生，以及科研人員和計算機軟件開發(fā)人員的參考用書。

第1章 作物三維建模與可視化的基本知識

1.1 概述

1.1.1 引言

1.1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及虛擬植物

1.1.3 國內(nèi)外虛擬植物的研究概況

1.1.4 小結(jié)

1.2 虛擬作物建模理論

1.2.1 植物生長建模的分類

1.2.2 主要的植物建模方法

1.2.3 各種植物建模方法的比較

1.2.4 小結(jié)

1.3 作物可視化技術(shù)

1.3.1 可視化技術(shù)的基本概念

1.3.2 圖形顯示的基礎(chǔ)理論

1.3.3 植物特性的可視化處理

1.3.4 小結(jié)

第2章 作物器官的三維建模與可視化

2.1 作物葉片靜態(tài)三維建模與可視化

2.1.1 Cardinal樣條插值

2.1.2 基于Cardinal樣條插值模型的提出

2.1.3 基于三角面片的建模

2.1.4 建模實現(xiàn)

2.1.5 基于粒子系統(tǒng)的葉片紋理構(gòu)造算法

2.1.6 小結(jié)

2.2 作物果實的幾何構(gòu)造算法

2.2.1 黃瓜果實形態(tài)模型的建立

2.2.2 玉米果實的構(gòu)造算法

2.2.3 小結(jié)

2.3 花的幾何構(gòu)造算法

2.3.1 黃瓜花的構(gòu)造

2.3.2 玉米雄穗的構(gòu)造算法

2.3.3 小結(jié)

第3章 作物動態(tài)三維建模與可視化

3.1 作物葉片的動態(tài)三維建模

3.1.1 玉米葉片形態(tài)建成過程中主要形態(tài)變化特征

3.1.2 玉米葉片三維形態(tài)的數(shù)學(xué)描述

3.1.3 玉米葉片的虛擬生長

3.1.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1.5 小結(jié)

3.2 作物根系動態(tài)三維建模與可視化

3.2.1 玉米根系的結(jié)構(gòu)、生長及分布

3.2.2 玉米根系動態(tài)生長的數(shù)學(xué)描述

3.2.3 基于粒子系統(tǒng)的構(gòu)建

3.2.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.2.5 小結(jié)

3.3 基于雙尺度自動機作物生長建模與可視化

3.3.1 雙尺度自動機模型的原理

3.3.2 基于雙尺度自動機的玉米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模

3.3.3 基于雙尺度自動機的黃瓜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的生成

3.3.4 小結(jié)

第4章 作物內(nèi)部三維建模方法

4.1 基于切片技術(shù)的作物內(nèi)部三維重建的研究現(xiàn)狀

4.1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

4.1.2 國內(nèi)已有的研究實例

4.1.3 國外已有的研究實例

4.1.4 各種理論算法的研究現(xiàn)狀

4.1.5 小結(jié)

4.2 作物莖切片圖像獲取及圖像處理

4.2.1 顯微圖像的獲取

4.2.2 圖像的預(yù)處理

4.2.3 輪廓提取

4.2.4 圖像配準(zhǔn)

4.2.5 小結(jié)

4.3 基于輪廓線的三維繪制

4.3.1 引言

4.3.2 輪廓插值方法

4.3.3 OpenGL及特性

4.3.4 重建用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法

4.3.5 實驗結(jié)果

4.3.6 小結(jié)

4.4 基于體素的面繪制

4.4.1 引言

4.4.2 等值面的抽取

4.4.3 MT算法

4.4.4 VTK簡介

4.4.5 借助VTK實現(xiàn)面繪制

4.4.6 小結(jié)

4.5 基于體素的直接體繪制

4.5.1 體繪制技術(shù)概述

4.5.2 常見的體繪制算法

4.5.3 光線投射算法(圖像空間序)

4.5.4 物體空間序的體繪制方法(投影體繪制)

4.5.5 Ray Casting的改進算法

4.5.6 借助VTK實現(xiàn)體繪制

4.5.7 小結(jié)

第5章 作物生長三維建模與可視化軟件的設(shè)計與開發(fā)

5.1 面向?qū)ο笏枷胱魑锷L可視化軟件的開發(fā)技術(shù)

5.1.1 引言

5.1.2 軟件的關(guān)鍵技術(shù)

5.1.3 軟件的體系結(jié)構(gòu)

5.1.4 小結(jié)

5.2 “黃瓜模擬可視化系統(tǒng)”軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

5.2.1 從軟件工程的角度進行分析和設(shè)計

5.2.2 單個器官的可視化

5.2.3 植株的可視化

5.2.4 群體漫游與動態(tài)生長

5.2.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

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本書系統(tǒng)地介紹了水利水電工程地質(zhì)三維建模與分析的理論方法及其應(yīng)用實踐。在分析水利水電工程地質(zhì)建模現(xiàn)狀和建模關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了水利水電工程地質(zhì)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、水利水電工程地質(zhì)空間解析理論與方法、水利水電工程地質(zhì)三維建模技術(shù)方法及實現(xiàn)、基于三維統(tǒng)一模型的水利水電工程地質(zhì)分析、水利水電工程地質(zhì)建模與分析系統(tǒng)的研制與開發(fā)，并介紹了上述理論方法在10項具體水利水電工程中的實際應(yīng)用。

本書可作為高等院校水利水電工程、工程地質(zhì)、工程管理及相關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)用書，亦可作為廣大工程技術(shù)人員和科研人員的參考用書。