基于分形的三维树模型研究及可视化系统研建

论文摘要

自然景物模拟是三维可视化技术应用的前沿课题,而树木三维可视化是其中最重要的领域之一。树木模拟在人工智能、计算机游戏、教学实践、农林业研究等领域中占有很重要的地位,有着广阔的应用前景。分形几何学是一门描绘自然景物的科学,它利用自然景物本身存在的自相似性,通过多种分形造型方法对自然实体进行建模。本研究深入探讨了当前流行的树木三维可视化建模技术及软件理论,重点对分形理论,尤其是L-系统的基本理论、应用及计算机实现进行分析,并从多角度对L-系统树木建模机制进行了探讨。在理论研究的基础上,根据树木形态结构特点,设定影响树木形态结构的主要参数为可变参数,应用L-系统及树木分层理论构建了参数化三维树模型。同时在Microsoft Visual Studio 2005软件开发环境下运用C++语言集成OpenGL和MFC技术,加入光照、纹理映射等技术,开发了三维树模型可视化软件系统,实现了单株树木和简单森林景观场景的三维可视化模拟,生成的树木具有三维立体效果,形态逼真,基本符合自然生长规律。本研究是对树木三维建模综合方法的一种新的尝试,可以为林业科学研究提供一个新型的研究平台,为森林景观三维可视化研究提供支持,并为今后的进一步研究和开发奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 虚拟树木可视化技术研究综述
• 1.1.1 树木可视化绘制技术简介
• 1.1.2 三维树木模型国内外研究现状
• 1.1.3 树木三维可视化软件产品发展现状
• 1.1.4 存在问题
• 1.2 本研究的主要内容及研究方案
• 1.2.1 本研究的目的及意义
• 1.2.2 研究的主要内容及重点解决的问题
• 1.2.3 技术路线
• 2 分形理论与L-系统文法
• 2.1 分形理论
• 2.1.1 分形的特征
• 2.1.2 产生分形的主要方法
• 2.2 L-系统的基本概念
• 2.2.1 L-系统的基本字符定义
• 2.2.2 龟图
• 2.2.3 树木分枝的表示方法
• 2.3 几种扩充的L-系统
• 2.3.1 随机L-系统
• 2.3.2 参数L-系统
• 2.3.3 微分L-系统
• 2.3.4 语义相关L-系统
• 2.4 L-系统的三维实现研究
• 2.4.1 命令字符扩展
• 2.4.2 L-系统树木结构模拟实例
• 2.5 小结
• 3 三维树模型的研建
• 3.1 树木形态结构概述
• 3.2 树模型形态结构定义
• 3.2.1 几种树模型形态结构定义
• 3.2.2 本研究采用的树模型形态结构
• 3.3 树木三维模型研建
• 3.3.1 模型构建算法
• 3.3.2 模型构造
• 4 三维树模型可视化系统的分析与设计
• 4.1 系统需求分析
• 4.2 系统设计
• 4.2.1 系统总体结构
• 4.2.2 功能模块设计
• 4.2.3 人-机界面设计
• 5 三维树模型可视化系统的实现
• 5.1 三维树模型可视化系统的开发平台与相关技术简介
• 5.1.1 VC++简介
• 5.1.2 MFC 简介
• 5.1.3 OpenGL 简介
• 5.1.4 创建工程及构架OpenGL 环境
• 5.2 程序结构与功能
• 5.2.1 主要类结构与功能
• 5.2.2 本系统中OpenGL 的应用
• 5.3 系统主要功能模块实现
• 5.3.1 系统场景绘制
• 5.3.2 主要功能界面
• 5.4 系统生成树模型效果图
• 5.5 系统开发运用的关键技术
• 5.5.1 L-系统实现
• 5.5.2 对象绘制
• 5.5.3 几何转换
• 5.5.4 状态机的应用
• 5.5.5 消隐算法应用
• 6 结果与讨论
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢