真实感草地场景动态模拟的研究与实现

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1、分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目真实感草地场景动态模拟的研究与实现英文ResearchonandImplementofDynamicSimulationof题目RealisticGrasslandScene研究生姓名孙玉洁姓名杨克俭职称教授学位指导教师单位名称计算机科学与技术学院邮编430063申请学位级别硕士学科专业名称软件工程论文提交日期2016年10月12日论文答辩日期2016年12月6日学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2016年12月万方数据万方数据摘要随着计算机硬件和图形学相关技术的发

2、展，真实感草地场景模拟技术的相关研究方法也在不断进步。近年来，无数研究者对草体建模、动态模拟等方面进行了研究，取得了显著的进展，但对大规模真实感草地场景的实时绘制还需要做进一步地研究，且对草体分布的研究相对较少。目前国内外对真实感草场模拟的相关研究，尚未能在真实感和实时性上取得较好的平衡，仍有较大的研究和改进空间。本文致力于对现有的相关方法和技术进行研究和改进，得到适用于大规模动态草地场景的模拟方法，使其能兼顾模拟的真实感和实时性。本论文的主要工作和成果为：（1）本文结合统计学的相关理论，针对现有的草体分布方法能够模拟出聚集性，但密

3、集区域与稀疏区域过渡不自然的问题，提出了一种基于位置概率的草体分布方法，获得了自然聚集的草体分布图。此外，还创造性地将草体分布和地形模型结合起来，实现了草体根部顶点高度坐标值的准确计算，从而解决了草体与地面的贴合不紧密的问题，进一步增强了真实感。（2）对于大规模草地场景的草体表达和简化，本文基于多细节层次(LevelsofDetail，LOD)思想，设计并实现出一种混合草体建模方法，采用几何模型模拟近距离草体，使用星形布告板构造中距离草体，弥补了现有的混合建模方法在真实感上的欠缺。此外，还对LOD的过渡策略进行研究，通过控制不同模型

4、在过渡区的权值，解决了不同草体细节层次模型之间过渡不自然的问题。（3）对于草地场景的动态模拟，本文对近距离几何模型的动态模拟采取基于物理的方法，综合考虑了重力、弹力和风力等因素，真实感良好；对于中等距离基于星形布告板的草体的动态模拟，则采用基于过程式的方法，并通过共享几何草体的变形数据实现了布告板草体的近似变形，在保持实时性的前提下进一步增强了真实感。本文还通过限定草体碰撞检测的作用域实现了对现有的草体碰撞检测算法的改进和简化，在提升了场景的真实感的同时也增强了实时性。关键词：真实感草地场景，细节层次模型，草体分布，动态模拟，碰撞检

5、测I万方数据AbstractWiththedevelopmentofhardwareandcomputergraphicstechnology,thesimulationtechnologyofrealisticgrasslandscenerelatedresearchmethodsarealsoinprogress.Inrecentyears,manyresearchershavestudiedthemethodsofgrassmodelinganddynamicsimulation,andsignificantprogressh

6、asbeenmade,butlarge-scalerealisticgrasslandscenesrenderinginreal-timesceneneedsfurtherresearch,andtheresearchofthedistributionofgrassisrelativelyless.Atpresent,theresearchofthesimulationofrealisticgrasslandcouldnotachieveagoodbalanceintherealityofsenseandreal-timerende

7、ring,thereisstillmoreroomforresearchandimprovement.Thispaperisdedicatedtoresearchandimprovetheexistingmethodsandtechnology,tomakeitsuitableforlargescaledynamicscenessimulationmethodofthegrasstomakeitbalancedtherealismofthesimulationandreal-time.Themainresultsofthisthes

8、isare:（1）Basedonstatisticaltheory,cursivefortheproblemofexistinggrassdistributionmethods‘denseandsparseareasaren'tnat