浅谈草地场景的模拟与真实感绘制

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1、浙江大学硕士学位论文草地场景的模拟与真实感绘制姓名：王磊申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：叶修梓20040301摘要摘要本文主要讨论了自然场景特别是草地的模拟和绘制。草地的地形是通过人工输入和随机分形的方法生成。植物在草地中的分布使用随机的方法。单株植物的造型则是采用上下文有关的带参数的随机L系统。我们为模拟植物生长而编写了L系统编译器来实现可定义规则的植物造型，并把随机因子和环境参数扩充到L系统中。植物叶面的造型采用Bezier参数曲线描述叶子中脉的形状，然后将叶子的纹理图象嵌入到叶脉曲线的局部标架中。将造型好的地形、植物和其

2、他参数整合之后，采用多种先进的绘制手段如点采样技术、多分辨率技术等，绘制出具有高度真实感的草地场景。文章的最后我们给出用上述方法模拟绘制的几种草地场景，并指出进一步的研究方向。关键词：自然场景模拟，L系统，编译器，植物造型，多分辨率。AbstractABSTRACTInthispaperwediscussanapproachofmodelingandrenderingnaturalscenes，especiallythemeadowscene．Theterrainismodeledbyacombinationofmanualandrandom

3、fractalmethod．Plantsarerandomlydistributedthroughouttheterrain．IndividualplantismodeledwithparametricandrandomcontextsensitiveL—system．WedesignacomplierofparametricandrandomcontextsensitiveL-systemtosimulatethedevelopmentofplantsandinterprettherulesthatdecidethewayplantsgro

4、w．WealsoextendtheL—systemwiththeenvironmentfactor．WeuseBeziercurvestodescribetheshapeofleafmidribandembedtheimageofleafintothespaceoflocalfl"arnesalongthemidribcnlwe．Afterweadjustthemodelsofterrainandplants谢motherimportantparameters。weusesometechniquessuch嬲samplepoints，mult

5、i-resolutiontogeneratethewholemeadowscenewithhighsenseofreality．Sampleshavebeengivenintheendofthispaper,andsomefutureresearchdirectionshavebeenpointedout．KeyWords：naturalscenemodeling,L-System，syntaxeomplier,plantmodel，multi-resolutionmodeling．II第一章自然场景模拟综述_帚一早曰蕊砌京俣t以环硷1．1自

6、然场景模拟的背景覆盖大量植物的地表的场景绘制是计算机图形学领域一个富有挑战性且具重要意义的课题。这些地表场景包括有自然生态系统(如森林、草地等)，人造环境(公园)，中间环境等(如对森林火灾或伐木后的荒地进行重新种植后的场景)。这一课题的难度源于地表场景的多样性和绘制场景的复杂度，而对此课题的相关研究工作也具有重要的潜在应用领域，其中包括有GIS、计算机辅助园林设计、模拟用于研究和数学目的的生态系统模型、计算机动画中场景的合成、驾驶与飞行模拟、游戏和计算机艺术等。作为自然场景的重要构成部分，对植物对象例如草与树木进行有效的造型和绘制一直都是图形

7、学的研究热点。植物种类繁多，形态各异，复杂的结构使其无论在造型、存储还是在绘制上都具有相当的难度。目前对草地模拟绘制的相关研究开展较少，而对于绘制要求不高的场景通常只用二维纹理映射实现。植物的造型和包含有植物的自然场景的模拟可以从很多角度来进行研究。例如，重点可以放在：对某～植物结构进行静态描述；生成植物生长的动画；控制植物生长的物理力学方法的模拟；运用实验数据(植物的具体测量值)进行造型；对造型过程进行人工控制：单一植物组织造型，仞J如茎、叶、花和果实的造型：开发植物造型软件，包含特殊的植物描述语言，对植物造型系统的可视化界面，和有关模拟技

8、术、数据组织和算法；基于照片的植物与自然场景的真实感绘制等等。本文涉及到的工作主要有植物描述语言，对造型的人工控制和场景的真实感绘制。1．2常用的植物造型和绘制技术