环境敏感型虚拟植物的设计与实现

论文摘要

虚拟植物的应用领域十分广泛,在三维动画制作、建筑环境的整体规划、园林植物布局设计和航空航天仿真技术中都有着重要的用途,并且它在农林业的研究方面也占据很重要的地位。虽然人们投入了很大的精力去研究植物的造型和绘制算法,但在相当长的一段时间内,影视、广告、游戏、虚拟现实等领域,纹理映射仍然是创建植物的主要手段,植物的三维建模仍然是一个难题。本课题是为苏州某管理部门开发的“虚拟太湖水域”项目中的一个子课题。主要内容是对环境敏感型植物进行建模和实现。L系统是虚拟植物形态发生模型常用的主要算法之一,它反应了植物并行生长特征,系统应用广泛,描述具有严格分形结构的物体非常精炼,但L系统的线形表示方法为寻找上下文的逻辑关系带来了不便。在模拟环境敏感型植物时,传统的L系统如要实现环境对植物的影响,必需预先设定好环境因子,这种用预设的参数来模拟复杂的大自然是不太真实的,且效率较低。本文针对L系统这一不足之处设计了以二叉树为底层数据结构的新型L系统,该系统很好地模拟了L系统本身的树形逻辑结构,简化了L系统中上下文搜索的过程,该系统在环境敏感型植物生长模拟环节有更高的时空效率,且具备更好的可扩展性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟现实技术
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 虚拟植物建模技术
• 1.2.1 分形方法
• 1.2.2 L 系统
• 1.2.3 随机过程法
• 1.2.4 植物建模方法的比较
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 植物学概念及L系统理论基础
• 2.1 植物学知识
• 2.1.1 植物的轴结构
• 2.1.2 植物的叶序模式和分枝模式
• 2.1.3 树木构筑
• 2.2 L 系统
• 2.2.1 简单L 系统的定义
• 2.2.2 L 系统的几何解释
• 2.2.3 随机0L 系统
• 2.2.4 参数0L 系统
• 2.2.5 微分L 系统
• 2.2.6 语义相关L 系统
• 第三章 基于L系统的三维虚拟植物建模
• 3.1 基于二叉树的L 系统
• 3.1.1 存储结构
• 3.1.2 绘制及优化
• 3.2 建模方法
• 3.2.1 环境敏感型
• 3.2.2 树体的建模方法
• 3.2.3 树干的建模方法
• 3.2.4 树叶的建模方法
• 3.2.5 树枝的组成
• 3.2.6 虚拟植物建模数据结构
• 第四章 植物造型渲染
• 4.1 OpenGL 简介
• 4.2 三维图形几何变换
• 4.3 可见面识别
• 4.4 光照模型
• 4.5 纹理映射
• 第五章 演示系统的构建与分析
• 5.1 系统功能模块设计
• 5.1.1 环境参数控制模块
• 5.1.2 生长模拟模块
• 5.1.3 渲染处理模块
• 5.2 系统结果
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 详细摘要