虛擬環(huán)境中植物建模的研究.pdf

1、自然場景仿真是計算機(jī)圖形學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域,植物是自然場景中的重要組成部分,在虛擬現(xiàn)實、計算機(jī)動畫、三維視頻游戲、數(shù)字娛樂、影視特效、軍事仿真等方面有著重要應(yīng)用。隨著計算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展,人們對植物場景的真實感繪制和效率方面有了更高的要求。樹自身有著復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),形態(tài)各異,通常一個稀疏的植被場景的繪制都需要數(shù)百萬基元。由于CPU計算性能的有限性,尤其是對樹動態(tài)模擬,風(fēng)場的流動性和隨機(jī)性給計算機(jī)模擬帶來較大的困難。本文首先根據(jù)國內(nèi)外

2、的植物建模研究現(xiàn)狀,嘗試對植物建模的典型方法L系統(tǒng)進(jìn)行了一些改進(jìn);然后對植物的動態(tài)模擬做了研究,由于真實感和實時有相互制約作用,復(fù)雜的植物模型能很好的表達(dá)植物的真實感,但形變計算量較大,難以達(dá)到實時,若過于簡化植物的表達(dá)模型,卻又導(dǎo)致模型走樣,有失真實感。尋找好的樹木的幾何模型和形變方法非常重要。
　　為達(dá)此目的,本文進(jìn)行了下述嘗試:根據(jù)樹木的天然的層次結(jié)構(gòu)模型,建立了交互式植物參數(shù)建模,同一層次中的枝條具有相同的參數(shù),遞歸方法生

3、成樹的模型,枝條的外觀用柱體來表達(dá)?；诳諝鈩恿W(xué)和噪聲理論,通過疊加不同的周期函數(shù)來建立風(fēng)場數(shù)學(xué)模型;樹木的主干和枝條采用不同的噪聲模型,根據(jù)枝條與風(fēng)向的位置,枝條分為迎風(fēng)面、背風(fēng)面和垂直風(fēng)向三種情況,并對三種情況做獨立研究?；趧恿W(xué)的思想,綜合所有的力用一個隨機(jī)過程來描述,便于在GPU上實現(xiàn)。在求得枝條形變時,根據(jù)骨骼動畫原理,采用頂點混合的方法解決關(guān)節(jié)處的接縫問題,整個模型統(tǒng)一為一個網(wǎng)格;基于層次細(xì)節(jié)模型,根據(jù)視點的遠(yuǎn)近,優(yōu)化網(wǎng)