过程建模技术中若干问题的研究

论文摘要

可交互性、沉浸感和想象力一直是虚拟现实系统所追求的目标,而真实感和实时性是系统构建中的一对矛盾。其中最费时的一个环节是虚拟环境中几何造型的创建。过程建模技术作为建模工具中最具灵活性的技术,在计算机图形学领域中不仅创建了许多自然的纹理、特效的模拟,而且还生成了较为复杂的自然模型,包括树木和建筑等。本文在对其几何造型及其控制等过程建模技术研究的基础上,针对其中的一些关键技术和理论方法作了如下4个方面的工作:(1)提出了一种结合基于物理和基于过程两种方法的动态植物建模方法。根据阔叶植物的自然属性,利用植物的茎枝和叶片结构的相似性,采用了具有厚度信息的3D叶片建模方法,并通过叶片平行脉位置方向的弹性约束关系来有效控制叶片在风力作用下的动态仿真效果。克服了以往植物建模工作的缺陷:主要集中在对植物器官静态结构的仿真,而通常会忽略树叶或花瓣的厚度信息。(2)提出一种基于动态贝叶斯网络(DBN)的植物生长建模方法。利用DBN对不确定预测问题较强的描述能力,分析后生成虚拟植物生理生态的网络模型,通过组件接口控制其形态发生模型。由参数L系统和时变L系统结合构成的形态发生模型保证了盆景植物连续的生长特性。既能真实的反映盆景植物的生长变化,又能逼真的模拟其外部形态。(3)提出一种基于图像特征的建筑过程建模方法。预先建立古塔L系统组件模型库及组件特征库,通过对原始图像的特征点提取获得鉴别能力强的局部区域用于组件特征识别,应用基于多尺度奇异值特征的PSO分类器对特征组件向量加以分类,最后利用装配语法的控制实现快速创建逼真的虚拟古塔3D模型。(4)面向几何造型中安全问题,提出了一种基于图像局部特征与图像几何正则性的鲁棒数字水印算法。采取的主要方法有:1)利用图像中的局部最稳定特征点生成具有几何不变性的局部特征区域;2)在局部特征分块中快速寻找最佳几何流方向,近似最佳逼近效果。3)设计了一种正交向量盲提取水印。实验结果表明该算法能获得很高的图像质量,且具有较强的抗攻击能力,能有效地对传输中的几何造型图像加以保护。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 建模技术的研究
• 1.2.1 交互建模技术
• 1.2.2 数据驱动建模技术
• 1.2.3 描述建模技术
• 1.3 过程建模技术
• 1.4 本文研究内容
• 1.4.1 主要研究工作
• 1.4.2 本文的组织结构
• 第2章 过程建模方法研究
• 2.1 分形与IFS
• 2.2 双尺度自动机模型方法
• 2.3 L 系统
• 2.3.1 二维L 系统
• 2.3.2 三维L 系统
• 2.4 形状语法
• 2.5 分裂语法
• 2.6 过程建模方法的优缺点
• 2.7 小结
• 第3章 基于物理的动态植物建模方法
• 3.1 研究现状
• 3.2 基于物理的植物建模
• 3.2.1 植物的茎枝建模
• 3.2.2 植物的叶片建模
• 3.3 植物模型受力分析
• 3.3.1 植物的茎枝、叶中肋的受力分析
• 3.3.2 植物的叶片受力分析
• 3.3.3 风力模型
• 3.4 实验结果与分析
• 3.5 算法的改进
• 3.5.1 叶片建模
• 3.5.2 受力分析
• 3.5.3 小段间的约束力
• 3.6 改进后算法的实验结果与比较
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于DBN 的植物生长建模方法
• 4.1 研究现状
• 4.2 DBNVP 建模方法概述
• 4.3 DBN
• 4.3.1 DBN 的优势
• 4.3.2 DBNVP 中的DBN 建模
• 4.4 DBNVP 建模的L 系统
• 4.4.1 L 系统建模
• 4.4.2 组件盒L 系统
• 4.4.3 DBNVP 中的L 系统建模
• 4.4.4 与传统L 系统的比较
• 4.5 实验结果及分析
• 4.5.1 DBN 结构建模
• 4.5.2 CBL-System 建模
• 4.5.3 DBNVP 方法效果图
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于图像特征的建筑过程建模方法
• 5.1 研究现状
• 5.2 初期准备工作
• 5.2.1 古塔介绍
• 5.2.2 建筑样式
• 5.2.3 古塔特征组件库建模
• 5.3 组件特征区域
• 5.3.1 特征点的提取
• 5.3.2 构造组件特征区域
• 5.4 多尺度奇异值特征
• 5.4.1 图像的奇异值分解
• 5.4.2 图像的多尺度奇异值特征
• 5.4.3 CAP 的MSVD 向量
• 5.5 粒子群优化算法
• 5.5.1 粒子群优化的数学描述
• 5.5.2 粒子群优化的算法流程
• 5.5.3 粒子群优化算法的收敛性分析
• 5.5.4 基于PSO 分类器的特征组件识别
• 5.6 装配语法
• 5.6.1 AG 的定义
• 5.6.2 AG 的规则表示
• 5.6.3 AG 在CAP 建模中的应用
• 5.7 实验结果与分析
• 5.7.1 实验结果
• 5.7.2 PSO 算法中的参数分析
• 5.7.3 3D 效果图
• 5.8 本章小结
• 第6章 面向几何造型安全问题的鲁棒水印算法
• 6.1 研究现状
• 6.2 基于 Harris-Affine 的特征点提取
• 6.2.1 仿射高斯尺度空间
• 6.2.2 多尺度Harris-Affine 特征点检测算子
• 6.3 局部特征区域的构造
• 6.3.1 特征点的仿射形状
• 6.3.2 构造局部特征区域
• 6.4 局部特征区域几何流
• 6.4.1 几何流方向的寻找
• 6.4.2 几何流方向的生成
• 6.5 水印的嵌入与提取
• 6.5.1 水印的嵌入
• 6.5.2 水印的提取与检测
• 6.6 实验结果分析
• 6.6.1 无攻击时提取水印
• 6.6.2 受各种攻击后提取水印
• 6.6.3 与文献水印方法比较
• 6.7 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 作者攻读博士期间发表的论文情况
• 参加的科研项目
• 致谢
• 学位论文摘要（中文）
• 学位论文摘要（英文）