浅议树木三维造型及真实感绘制的研究

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1、长春理工大学硕士学位论文树木三维造型及真实感绘制的研究姓名：谷欣超申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：杨勇20031201摘要目前对包括树木在内的植物形态模拟主要采取分形的方法，虽然能够较好的表现树木的结构复杂性，但对其形态特征的表达不够准确，真实感效果不够理想。本文从植物生态学角度出发，根据树的生长原理，建立生长模型及相应的数据结构，并提出该结构的遍历算法。在三维图形的绘制方面，针对传统绘制方法的不足，采用B样条曲面来构造三维几何模型，在曲面的生成及存储过程中用一个中心点代替多个控制顶点，将对曲面的控制转为对曲线的控制，使得对枝

2、条形状的模拟更加方便直观，并且减少了存储空间。为模拟树在重力及风中的形态，根据材料力学建立了枝条的受力计算模型，将杨氏模量、质量等因素考虑在枝条形变的过程中，取得较好效果。最后，从光照、纹理映射及模型简化等方面对树木进行真实感绘制。关键词：树木造型生长B样条曲面真实感外力ABSTRACTNOWthemainmethodtosimulateplantfo珊andstructureiSbasedonfractal．whichiSbetterinrealizingthetrees’complexstructurebutcarlnotexpresst

3、hepropertiesofplantformexactly．Withtheplantbionomythetree’SgrowthmechanismiSanalysed，Tree’sgrowthmodelanddatastructurearebuilded．andthewayoftraversalingiSadvanced．Aimingatthelackoftradifionalplotingmethodintheareasofthreedimensiongraphics，theB．splinesurfaceiSadopted．Inorder

4、tomoreeasilybuildtheB—splinesurfacethecon奸olpointsarereplacedwithonecenterpointduringthestorage，andmakeitcleartosimulatethecurveofbranches，Yong’Smodaleandqualityweretakenintoaccountforthecalculatingofbranchdistortion，andphysicalmodelWasconstructedtosimulatetherealconfigurat

5、ionofthetreesintheafrectofgravityandwind．Atlasttherealisticrenderingoftreeistakenbythewayofillumination．texturemappingandmodelreduction．Keyword：tree；modeling；growth；B—splinesurface；realistic；outsideforce§1．1引言第一章绪论虚拟现实技术，是自20世纪90年代发展起来的一个涉及众多学科的研究领域，它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、

6、微电子技术于一体，利用计算机虚拟环境，通过视、听、触觉等作用，使用户产生身临其境的感觉，应用于教育、设计与规划、医学、娱乐、商业等多个领域。在军事方面，实战演练、演习将耗费大量资金和军用物资，安全性差，同时在实际条件下很难改变状态，无法反复进行各种场景态势下的战术和决策研究。虚拟现实技术的产生和发展，使得军事演习在概念和方法上有了飞跃，通过建立虚拟场景来检验和评估武器系统的性能，为处理和解决这类问题提供了新方法和新途径。人类认识外界事物，主要是通过视觉获得的，因此虚拟现实技术中的一个重要方面就是视景仿真，通过图形图象处理技术，构造对象的三维模

7、型，再现真实的环境。在室外的场景中，不可避免的会涉及到自然景物，如云、山峰、各类植物等。对植物的模拟是计算机图形学应用的前沿课题，是一种运用计算机图形学的理论与方法对植物形态结构和生长过程进行仿真的技术。这方面目前已有一些研究成果，但还没有成熟的方法，生成的结果抽象、单调，无法很好地模拟自然界中的千变万化，不能准确的表达出不同物种问的形态差异。树木是自然景物中比较有代表性的植物，生成真实感强的、具有不同结构特征的树木，能极大的提高场景的真实性，给人以身临其蒂的感觉。各种树木固有的基因决定了其本质结构和外在特征的差异，不同的种类有着不同的特点，

8、如杨树挺拔，松树苍劲，柳树婀娜，而当前对树木的一些建模和绘制方法，不能较好的体现出不同种类树木的特征。基于上述原因，本文的研究目的在于建立能够较好表现树种特征的模型