水利水电工程地质三维建模及可视化模拟理论与应用

针对当前国内外三维地质建模方法存在的构造分析单一、处理数据量小、存储量大及分析速度慢等局限，本项目研究结合数学地质、可视化技术、先进的计算机图形学和GIS技术，充分利用地质勘探和实验分析得到的空间分布不均的离散数据，创新地研究提出复杂地质结构的三维构造解析理论、复杂工程地质三维建模理论方法、基于三维地质模型的水利水电工程地质可视化动态模拟分析理论方法和网络环境下的工程地质三维交互式建模与分析理论方法。力争解决当前水利水电工程复杂地质建模与可视化模拟分析中存在的一些应用基础科学问题，并为实际大型工程的设计与施工提供技术支持平台。研究成果具有先导性和实用性。 2100433B

虚拟作物这本书基于三维建模与可视化技术，主要讲解了虚拟作物的三维建模和可视化的基本知识、作物器官的三维建模和可视化、作物动态三维建模与可视化、作物的内部三维建模方法，以及作物生长三维建模与可视化软件的设计与开发方法，结合玉米和黄瓜这两种主要作物给出了大量的算法实现过程实例。本书的主要研究对象，是如何利用计算机三维显示技术实现作物从外部到内部、从静态到动态生长的整体结构建模方法和实现技术。全书内容覆盖面广而又具针对性，图示及程序实例丰富，可作为从事虚拟现实技术、计算机图形图像、虚拟作物研究的大中专院校的本科生、研究生，以及科研人员和计算机软件开发人员的参考用书。

第1章 作物三维建模与可视化的基本知识

1.1 概述

1.1.1 引言

1.1.2 虚拟现实技术及虚拟植物

1.1.3 国内外虚拟植物的研究概况

1.1.4 小结

1.2 虚拟作物建模理论

1.2.1 植物生长建模的分类

1.2.2 主要的植物建模方法

1.2.3 各种植物建模方法的比较

1.2.4 小结

1.3 作物可视化技术

1.3.1 可视化技术的基本概念

1.3.2 图形显示的基础理论

1.3.3 植物特性的可视化处理

1.3.4 小结

第2章 作物器官的三维建模与可视化

2.1 作物叶片静态三维建模与可视化

2.1.1 Cardinal样条插值

2.1.2 基于Cardinal样条插值模型的提出

2.1.3 基于三角面片的建模

2.1.4 建模实现

2.1.5 基于粒子系统的叶片纹理构造算法

2.1.6 小结

2.2 作物果实的几何构造算法

2.2.1 黄瓜果实形态模型的建立

2.2.2 玉米果实的构造算法

2.2.3 小结

2.3 花的几何构造算法

2.3.1 黄瓜花的构造

2.3.2 玉米雄穗的构造算法

2.3.3 小结

第3章 作物动态三维建模与可视化

3.1 作物叶片的动态三维建模

3.1.1 玉米叶片形态建成过程中主要形态变化特征

3.1.2 玉米叶片三维形态的数学描述

3.1.3 玉米叶片的虚拟生长

3.1.4 系统实现

3.1.5 小结

3.2 作物根系动态三维建模与可视化

3.2.1 玉米根系的结构、生长及分布

3.2.2 玉米根系动态生长的数学描述

3.2.3 基于粒子系统的构建

3.2.4 系统实现

3.2.5 小结

3.3 基于双尺度自动机作物生长建模与可视化

3.3.1 双尺度自动机模型的原理

3.3.2 基于双尺度自动机的玉米拓扑结构建模

3.3.3 基于双尺度自动机的黄瓜拓扑结构的生成

3.3.4 小结

第4章 作物内部三维建模方法

4.1 基于切片技术的作物内部三维重建的研究现状

4.1.1 国内外研究现状

4.1.2 国内已有的研究实例

4.1.3 国外已有的研究实例

4.1.4 各种理论算法的研究现状

4.1.5 小结

4.2 作物茎切片图像获取及图像处理

4.2.1 显微图像的获取

4.2.2 图像的预处理

4.2.3 轮廓提取

4.2.4 图像配准

4.2.5 小结

4.3 基于轮廓线的三维绘制

4.3.1 引言

4.3.2 轮廓插值方法

4.3.3 OpenGL及特性

4.3.4 重建用到的数据结构及算法

4.3.5 实验结果

4.3.6 小结

4.4 基于体素的面绘制

4.4.1 引言

4.4.2 等值面的抽取

4.4.3 MT算法

4.4.4 VTK简介

4.4.5 借助VTK实现面绘制

4.4.6 小结

4.5 基于体素的直接体绘制

4.5.1 体绘制技术概述

4.5.2 常见的体绘制算法

4.5.3 光线投射算法(图像空间序)

4.5.4 物体空间序的体绘制方法(投影体绘制)

4.5.5 Ray Casting的改进算法

4.5.6 借助VTK实现体绘制

4.5.7 小结

第5章 作物生长三维建模与可视化软件的设计与开发

5.1 面向对象思想作物生长可视化软件的开发技术

5.1.1 引言

5.1.2 软件的关键技术

5.1.3 软件的体系结构

5.1.4 小结

5.2 “黄瓜模拟可视化系统”软件的设计与实现

5.2.1 从软件工程的角度进行分析和设计

5.2.2 单个器官的可视化

5.2.3 植株的可视化

5.2.4 群体漫游与动态生长

5.2.5 小结

参考文献

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本书系统地介绍了水利水电工程地质三维建模与分析的理论方法及其应用实践。在分析水利水电工程地质建模现状和建模关键问题的基础上，详细阐述了水利水电工程地质三维数据结构、水利水电工程地质空间解析理论与方法、水利水电工程地质三维建模技术方法及实现、基于三维统一模型的水利水电工程地质分析、水利水电工程地质建模与分析系统的研制与开发，并介绍了上述理论方法在10项具体水利水电工程中的实际应用。

本书可作为高等院校水利水电工程、工程地质、工程管理及相关专业研究生的教学用书，亦可作为广大工程技术人员和科研人员的参考用书。