基于L系統(tǒng)的樹(shù)木建模與仿真技術(shù)的研究.pdf

1、樹(shù)木作為一種常見(jiàn)的景觀模型,在自然場(chǎng)景的模擬中得到了廣泛的應(yīng)用,如何快速繪制出具有真實(shí)感且在大規(guī)模場(chǎng)景中具有較高繪制效率的樹(shù)木已成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)與難點(diǎn)。基于 L系統(tǒng)的方法是樹(shù)木建模的一種常用方法。該方法是分形方法的一種,屬于圖形學(xué)的范疇,可以通過(guò)巧妙的設(shè)置表示樹(shù)木“雛形”的初始字符串和龜圖解釋規(guī)則便捷的構(gòu)建出三維樹(shù)木的模型。近些年,許多研究人員都使用 L系統(tǒng)方法對(duì)樹(shù)木的模擬進(jìn)行了研究。然而現(xiàn)有的方法存在著可交互性不強(qiáng),生成

2、的樹(shù)木造型呆板,形態(tài)結(jié)構(gòu)單一,且在大規(guī)模場(chǎng)景中繪制速度較慢等缺點(diǎn)。
　　為了充分利用L系統(tǒng)方法在樹(shù)木繪制方面的便捷性,繪制出具有真實(shí)感且繪制效率較高的樹(shù)木,本文從以下幾個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有方法進(jìn)行改進(jìn):
　　1.本文使用分枝長(zhǎng)度、半徑、角度等大量參數(shù)對(duì)分枝細(xì)節(jié)進(jìn)行控制,用戶可以使用滾動(dòng)條改變參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)木形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行“微調(diào)”,從而便捷的獲得更具真實(shí)感的樹(shù)木模型。
　　2.為了獲得具有多樣性的樹(shù)木,本文使用三重隨機(jī)算法。(1)為

3、產(chǎn)生式設(shè)置概率因子,使同一初始字符串經(jīng)過(guò)重寫(xiě)操作后可以生成多種不同的重寫(xiě)字符串,以展現(xiàn)出同種樹(shù)木的多種樣式;(2)繪制階段對(duì)內(nèi)存中生成的多個(gè)重寫(xiě)字符串進(jìn)行隨機(jī)選取,以展現(xiàn)出多種樹(shù)木的多種樣式;(3)描述分枝形態(tài)結(jié)構(gòu)的參數(shù)在閾值范圍內(nèi)隨機(jī)選取,確保即使方法(2)中選取的重寫(xiě)字符串已被某棵樹(shù)使用過(guò),仍能生成與該樹(shù)木樣式不同,具有多樣性的樹(shù)木。
　　3.L系統(tǒng)方法在大規(guī)模場(chǎng)景繪制的加速方面,對(duì)L系統(tǒng)的繪制流程進(jìn)行改進(jìn),當(dāng)用戶交互修改控制

4、樹(shù)木細(xì)節(jié)的參數(shù)時(shí),不再進(jìn)行不必要的字符串重寫(xiě)操作;使用3個(gè)結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)分形計(jì)算的結(jié)果,避免未對(duì)參數(shù)修改的情況下,每一幀刷新時(shí)不必要的分形計(jì)算操作;提出一種基于遞歸深度的面片消減算法,在不丟失樹(shù)木細(xì)節(jié)的情況下,極大的減少了場(chǎng)景中需要繪制的矩形面片數(shù),結(jié)合LOD方法在大規(guī)模場(chǎng)景中進(jìn)行使用,進(jìn)一步提高L系統(tǒng)樹(shù)木在大規(guī)模場(chǎng)景中的繪制效率。
　　最后,介紹了EasyTree樹(shù)木模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。并在該系統(tǒng)中使用本文提出的改進(jìn)算法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)