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SpeedTree 解密植物分枝与叶序的“生长密码”

SpeedTree 解密植物分枝与叶序的“生长密码”

作者: Rayson | 来源:发表于2025-09-22 11:10 被阅读0次

我们将针对植物分枝与叶序展开更为深入的探究,植物的分枝类型主要有四种彼此在形成机制、分枝形态和生态适应上存在显著区别




单轴分枝(monopodial branching)

  • 特点:主干由顶芽持续向上生长形成,顶端优势明显,主干笔直明显,侧枝依次从主干基部长出。
  • 形态:树冠呈尖塔形。
  • 代表植物:多数裸子植物(如落叶松、水杉、柏树等)和部分被子植物(如杨树、山毛榉)。
  • 生态意义:顶芽优先生长,有利于树木向上竞争光照



    合轴分枝(sympodial branching)

  • 特点:顶芽停止或转化为花芽后,由下方的腋芽代替继续生长,主干呈曲折形。
  • 形态:树冠较开阔,枝叶茂盛,有利于光照利用。
  • 代表植物:大多数被子植物,如桃、李、苹果、番茄、无花果等。
  • 生态意义:曲折的主干增加侧枝数量,提高空间利用效率




    假二叉分枝(false dichotomous branching)

  • 特点:叶对生的植株,顶端很早停止生长,成为两个,开花以后,顶芽下面的两个侧芽同时迅速发育成两个侧枝,很象是两个叉状的分枝,称为假二叉分枝。这种分枝,实际上是合轴分枝的变型,与真正的二叉分枝有根本区别
  • 代表植物:被子植物木犀科、石竹科,如丁香、茉莉、石竹等。
  • 生态意义:通过对称分叉增加枝条数目,但不是真正的组织分裂性质的二叉生长


  • 合轴分枝的特殊形式


    鸡爪槭

二叉分枝是较原始的分枝方式

分枝核心机制

  • 顶端分生组织直接平分为两部分,各自发育成新分枝,此为真二叉分枝,区别于假二叉分枝(假二叉分枝是顶芽停止生长后,下方两个侧芽同时发育形成类似叉状的结构)
    分枝形态特点
  • 分枝成对出现,呈叉状,顶端生长点一分为二后形成等长小枝,具有规律的对称性。
  • 有时会多次重复二叉分枝,形成如鹿角般优雅分叉的复杂二叉状枝系。
    植物类群与结构关联
  • 是较为原始的分枝方式,多见于低等或原始植物种类,如苔藓、蕨类、石松、松叶蕨及部分苔藓类植物
石松
松叶蕨

分蘖(tiller)

  • 特点:禾本科草本植物在地面或近地面处形成具有不定根的侧芽分枝。
  • 代表植物:水稻、小麦等禾本科作物。
  • 生态意义:分蘖对作物产量尤为重要,能够通过增加分枝数量提高适应性和产量


  • 互生叶序
    每节茎上仅着生一片叶,叶片沿茎螺旋状分布,形成 1/2、1/3、2/5 等斐波那契数列比例的发散角(如樟、白杨)。这种排列使叶片互不遮挡,最大化光照面积。例如,野含笑的 1/2 式互生叶序,北美红杉的 2/5 式互生叶序,均遵循斐波那契数列规律


  • 对生叶序
    每节茎上相对着生两片叶,分为两种亚型:
    交互对生:相邻两对叶交叉成直角(如女贞、绣球)


  • 两列对生:
    叶片沿茎两侧排成直线(如水杉)
    对生叶序常见于丁香、芝麻等植物,其节间较长,叶片对称分布国家林业和草原局 国家公园管理局


  • 轮生叶序
    每节茎上着生 3 片或更多叶,呈辐射状排列。例如夹竹桃的 3 叶轮生、七叶一枝花的 5-11 叶轮生国家林业和草原局 国家公园管理局。这种排列在热带雨林植物中尤为常见,可快速占据垂直空间



  • 簇生叶序
    多片叶密集着生于极度缩短的茎节上,如银杏、雪松的多枚叶片簇生,油松的 2 针一束、华山松的 5 针一束国家林业和草原局 国家公园管理局。基生叶(如蒲公英)则是簇生的特殊形式,叶片从根际成莲座状展开



    无论哪一种叶序,其中每相邻两节上的叶总是不相重叠,总是从适当的角度而彼此镶嵌着生,这种现象称为叶镶嵌。叶镶嵌使茎上的叶片不互相遮挡阳光,从而有利于每枚叶片进行光合作用。此外,也使茎的各侧受力均衡




    比例模式为每个父节点生成相对于父节点长度的节点。节点以随机方向随机位置生成。下图中是一系列长短不一的树干,这些树干都使用了比例通用模式,请注意短树干的树枝比长树干的树枝要少

接下来我们进入speedtree学习,将分支结构落实到软件中看看效果如何


现开始阐述一下这些生长模型与方才提及的分枝类型之间的关联 。


1️⃣Classic 经典
经典模式用于支持旧模型。不应在当前模型中使用它。请优先使用间隔、叶序和分叉新版推荐使用三种模式【Interval;Phyllotaxy;Bifurcation】
2️⃣Proportional 比例模式

  • 比例模式根据每个父节点的长度生成节点。节点会在随机位置以随机方向生成。此模式会适应父节点的大小,使其适用于随机化和父节点大小不一的情况
  • 如图所示,有一系列长度不同的树干。所有的树枝都使用了比例生成模式。请注意,短树干的分支比长树干的少。同时请注意,每棵树干至少会有一根树枝


    注意:“间隔”模式几乎总是比“比例”模式更好

    3️⃣Proportional Steps 比例步长

  • 比例步长模式会根据每个父节点的长度生成节点组(或步长)。步长会在固定间隔生成,并且每步包含用户控制的数量的节点。此模式会根据父节点的大小进行调整,使其适用于随机化和父节点大小不一的情况
  • 在以下图片中,有三段长度不同的树干。所有的分支都使用了比例步长生成模式。请注意,短树干的步长比长树干少。同时请注意,每段树干都会至少生成一个步长,无论情况如何


    注意:“间隔 Interval”模式几乎总是比“比例步数”模式更好

    4️⃣Absolute 绝对值 / Absolute steps 绝对值步进

  • 绝对模式会生成用户指定数量的节点。每个节点会在父节点的基础上随机旋转,并在“共享:第一”和“共享:最后”之间随机定位。
  • 使用此模式可以创建指定数量的节点。主干和根通常适合使用此生成模式。
    Number:数量 /生成的节点数量Jumble:杂乱 /在每个节点的方向上添加一个变化量,以实现更自然和随机的外观Sweep:扫掠 /指定一个围绕父节点的弧度范围,在此范围内节点是合格的Roll 旋转 /每个节点从其计算角度旋转此绝对角度Favor Splits 偏爱分裂 /将生成的节点定位在主要弯折或分支处


    提示:当尝试重现树枝分叉的自然外观时,这很有用

    5️⃣Phyllotaxy 叶序

  • 叶序是一个科学术语,指的是“叶片在茎或轴上的排列方式”。叶序生成模式提供了基于植物分类的常见叶片排列方式。此模式主要用于建模针对 VFX 应用的高细节植物
  • 叶片组从“Shared:Last”指定的位置开始,按照一定间隔放置,直至到达“Shared:First”定义的位置。叶片组之间由世界坐标系中指定的距离(“Nodes: internode length”)隔开,因此此生成模式在模型随机化或父生成器长度变化的情况下效果良好
    注意:虽然术语“phyllotaxy”指的是叶片排列,但你可以自由地使用此生成模式来生成枝条或其他任何 SpeedTree 几何体
    Style 样式
    使用此设置,根据以下图片和描述来指定每组叶片的排列方式



Opposite (distichous) 对生(distichous)

每组中的两个节点彼此相对。这些组沿着父节点对齐。


Opposite 对生

每组中的两个节点彼此相对放置。每组的方向是随机的


Alternating (distichous)互生(distichous)

每组中只有一个节点。每组的节点位于相对于父节点而言与前一组节点相反的一侧


Alternating 交替排列

每个组中放置一个节点,该节点的方向是随机的


Whorled 轮状排列

每个组将获得“每个节点的子节点数”属性指定的节点数。


Children Per Node 簇生叶序

每个节点的子节点数
当“排列方式”选择为“轮状”时,设置每个组中出现的节点数。否则,此属性将被忽略

Align style 对齐样式
启用“Align”时,生成的节点会尽可能将初始方向朝向天空,具体选项如下
Individual 单独:每个节点独立向上旋转
Group 组:组内的所有节点会一起朝向天空滚动

6️⃣Interval 间隔
间隔模式将子节点按间隔排列在父节点上。如右侧图片所示,从树干分支出来的树枝使用了这种生成模式。第一个组总是位于“Shared:Last”属性指定的点。根据“Frequency”属性添加更多的组,直到达到“Shared:First”指定的点(没有保证会在“First”处有组)
这是最常见的生成模式之一。它会根据父节点的大小进行调整,因此在生成器的父节点大小变化时,能够很好地随机化并生成合理的排列


image.png

Frequency 频率

此属性控制节点组生成的频率。降低曲线值可以减少组间的空间,提高曲线值可以增加组间的间距

Count 数量

此值设置每个组中的节点数量

Spread

使用此值对每个组中的节点应用随机向上或向下的偏移。值为 0.0 表示组中的每个节点都沿父节点放置在同一位置。值为 1.0 表示每个节点可能会扩展到前一组或下一组的放置位置

Spiral 螺旋

每个组(从最后一个组开始)相对于前一个组旋转此角度,从而在父节点上形成螺旋模式。

Limit 限制

此值设置可以生成的最大组数(不是节点数)。例如,您可以使用此值确保最终有一个组,比如花瓣,或者在开头附近有一个组,比如根。

Align style 对齐样式

启用“Align”时,生成的节点会尽可能将初始方向朝向天空,具体选项如下:Individual 单独每个节点独立向上旋转Group 组组内的所有节点会一起朝向天空滚动#单轴分支interval;合轴分支byfication;特殊情况有序排列用Phyllotaxy

二叉分支 假的二叉分支

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