草本植物的生長模擬--蘭花的生長過程

Abstract

電腦圖學對于真實物體和自然景觀的描繪提供了絕佳的方法。近年來，植物這個主題 的模擬已引起了相當地注意。研究的學者們提出了許多方法模擬植物生長，例如：分 維(fractal) 或微粒系統 (particle system)。最近更有學者提出以文法 (grammar) 中的L-系統(L-system)來做植物生長過程模擬。不管用何種方法，植物的生長過程模 擬都是重覆使用一些規則來產生複雜結構的。 然而，植物生長過程和環境的影響欲較少人研究，而此問題對草本植物欲異常重要。 本論文將選擇草本植物中的蘭花作為我們模擬的對象，之所以選擇蘭花是因為它豐富 性，因此我們希望能忠實地依照植物生長的型態來產生真實影像。除此之外，我們也 考慮植物在生長過程中與環境的相互影響，環境因素考慮的有障礙物的避免碰撞及植 物的附著性等等。 為了能忠實地依照植物生長的型態來產生真實影像，我們用一套數學式將內藏于植物 細胞的控制基因DNA 轉化為一些生長規則，然後再依這些規則產生植物的影像。因此 ，我們的植物生長過程模擬有以下兩種特性： (一)掌握植物各部分的時空關係。對植物而言，不同的生長狀態可能同時發生，例如 ：有些花才剛開始長花苞，可能有些花欲完全綻放了，甚至有些花已變成果實了。所 以我們往往使用植物的階層性，即根、莖、葉和花都分別注意其獨立性，彼此之間再 注意協調性。 (二)捕捉控制基因DNA 。即用數學模式來產生植物不同時段的各種不同型態，而且符 合植物學上的生長型態。 故依本論文之方法，再藉由時間的改變，可完整地觀察草本植物從發芽至開花的全部 過程。