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第1章　作物三维建模与可视化的基本知识1

1.1　概述1

1.1.1　引言1

1.1.2　虚拟现实技术及虚拟植物2

1.1.3 国内外虚拟植物的研究概况3

1.1.4　小结5

1.2　虚拟作物建模理论5

1.2.1　植物生长建模的分类6

1.2.2　主要的植物建模方法7

1.2.3　各种植物建模方法的比较10

1.2.4　小结11

1.3　作物可视化技术11

1.3.1　可视化技术的基本概念11

1.3.2　图形显示的基础理论12

1.3.3　植物特性的可视化处理14

1.3.4　小结15

第2章　作物器官的三维建模与可视化16

2.1 作物叶片静态三维建模与可视化16

2.1.1　Cardinal样条插值17

2.1.2　基于Cardinal样条插值模型的提出18

2.1.3　基于三角面片的建模19

2.1.4　建模实现20

2.1.5　基于粒子系统的叶片纹理构造算法21

2.1.6　小结24

2.2　作物果实的几何构造算法25

2.2.1　黄瓜果实形态模型的建立26

2.2.2　玉米果实的构造算法31

2.2.3　小结34

2.3　花的几何构造算法34

2.3.1　黄瓜花的构造34

2.3.2　玉米雄穗的构造算法36

2.3.3　小结39

第3章　作物动态三维建模与可视化40

3.1 作物叶片的动态三维建模40

3.1.1　玉米叶片形态建成过程中主要形态变化特征40

3.1.2　玉米叶片三维形态的数学描述41

3.1.3　玉米叶片的虚拟生长46

3.1.4　系统实现47

3.1.5 小结47

3.2　作物根系动态三维建模与可视化48

3.2.1　玉米根系的结构、生长及分布48

3.2.2　玉米根系动态生长的数学描述49

3.2.3　基于粒子系统的构建50

3.2.4　系统实现52

3.2.5　小结53

3.3　基于双尺度自动机作物生长建模与可视化53

3.3.1　双尺度自动机模型的原理54

3.3.2　基于双尺度自动机的玉米拓扑结构建模57

3.3.3　基于双尺度自动机的黄瓜拓扑结构的生成61

3.3.4　小结64

第4章　作物内部三维建模方法65

4.1　基于切片技术的作物内部三维重建的研究现状65

4.1.1 国内外研究现状65

4.1.2　国内已有的研究实例66

4.1.3 国外已有的研究实例67

4.1.4　各种理论算法的研究现状68

4.1.5　小结72

4.2　作物茎切片图像获取及图像处理72

4.2.1　显微图像的获取73

4.2.2　图像的预处理73

4.2.3　轮廓提取80

4.2.4　图像配准86

4.2.5 小结90

4.3　基于轮廓线的三维绘制91

4.3.1 引言91

4.3.2　轮廓插值方法92

4.3.3　OpenGL及特性93

4.3.4　重建用到的数据结构及算法95

4.3.5　实验结果99

4.3.6　小结100

4.4　基于体素的面绘制101

4.4.1 引言101

4.4.2　等值面的抽取102

4.4.3　MT算法106

4.4.4　VTK简介107

4.4.5　借助VTK实现面绘制108

4.4.6　小结111

4.5　基于体素的直接体绘制111

4.5.1　体绘制技术概述111

4.5.2　常见的体绘制算法113

4.5.3　光线投射算法（图像空间序）114

4.5.4　物体空间序的体绘制方法（投影体绘制）116

4.5.5　Ray Casting的改进算法117

4.5.6　借助VTK实现体绘制118

4.5.7 小结121

第5章　作物生长三维建模与可视化软件的设计与开发123

5.1　面向对象思想作物生长可视化软件的开发技术123

5.1.1 引言123

5.1.2　软件的关键技术124

5.1.3　软件的体系结构125

5.1.4　小结135

5.2　“黄瓜模拟可视化系统”软件的设计与实现136

5.2.1　从软件工程的角度进行分析和设计136

5.2.2　单个器官的可视化138

5.2.3　植株的可视化139

5.2.4　群体漫游与动态生长143

5.2.5　小结146

参考文献147