虛擬環(huán)境中植物建模的研究.pdf

1、自然場(chǎng)景仿真是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,植物是自然場(chǎng)景中的重要組成部分,在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)動(dòng)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(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展,人們對(duì)植物場(chǎng)景的真實(shí)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(gè)稀疏的植被場(chǎng)景的繪制都需要數(shù)百萬(wàn)基元。由于CPU計(jì)算性能的有限性,尤其是對(duì)樹動(dòng)態(tài)模擬,風(fēng)場(chǎng)的流動(dòng)性和隨機(jī)性給計(jì)算機(jī)模擬帶來(lái)較大的困難。本文首先根據(jù)國(guó)內(nèi)外

2、的植物建模研究現(xiàn)狀,嘗試對(duì)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(duì)植物的動(dòng)態(tài)模擬做了研究,由于真實(shí)感和實(shí)時(shí)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(shí)感,但形變計(jì)算量較大,難以達(dá)到實(shí)時(shí),若過(guò)于簡(jiǎn)化植物的表達(dá)模型,卻又導(dǎo)致模型走樣,有失真實(shí)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(lái)表達(dá)。基于空氣動(dòng)力學(xué)和噪聲理論,通過(guò)疊加不同的周期函數(shù)來(lái)建立風(fēng)場(chǎng)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(duì)三種情況做獨(dú)立研究。基于動(dòng)力學(xué)的思想,綜合所有的力用一個(gè)隨機(jī)過(guò)程來(lái)描述,便于在GPU上實(shí)現(xiàn)。在求得枝條形變時(shí),根據(jù)骨骼動(dòng)畫原理,采用頂點(diǎn)混合的方法解決關(guān)節(jié)處的接縫問(wèn)題,整個(gè)模型統(tǒng)一為一個(gè)網(wǎng)格;基于層次細(xì)節(jié)模型,根據(jù)視點(diǎn)的遠(yuǎn)近,優(yōu)化網(wǎng)