法国梧桐树建模与仿真

论文摘要

在虚拟现实技术领域中,虚拟植物是一个研究热点。虚拟植物已经应用于农学、生态学、植物学、林学、虚拟教学等领域。该文以法国梧桐为例,对虚拟树木进行了仿真。主要做了以下三方面工作:首先,针对法国梧桐叶片真实感的三维仿真,提出了一种建模方法。采用随机位移的方法生成叶片的叶脉,应用Bezier曲线表达叶片的边缘曲线,用基于细分的网格生成方法对叶片进行建模,从而保证了叶片表面连续性与光顺性;利用基于面片簇的纹理映射方法,对叶片进行纹理贴图;并用PRT光照模型对生成的法国梧桐叶片进行实时渲染,从而使显示效果更具有真实感。实验结果表明该方法能生成多种形状的法国梧桐树叶,可以取得比较满意的三维仿真效果。其次,以状态空间理论为依据,用三维状态空间中状态矢量的运动来表示虚拟树木的茎在生长时的形态的变化。在树茎生长过程中,基于状态空间的方法可以表达趋光作用与分枝自重对树茎形态的影响。最后,用L-系统对法国梧桐树的生长过程进行建模。研究了L-系统的基本理论,概括和抽象法国梧桐树生长过程的经验式,初始化状态与描述规则,进行迭代生成字符序列,并对产生的字符串进行几何解释,输出到终端上,仿真了法国梧桐树的生长过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及应用前景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 植物生长仿真模型研究
• 1.2.2 植物生长的计算机仿真
• 1.2.3 虚拟植物研究的发展
• 1.2.4 目前研究存在的问题
• 1.3 论文的研究内容与章节安排
• 第二章 虚拟植物建模方法
• 2.1 植物模型的分类
• 2.2 虚拟植物建模
• 2.3 分形
• 2.3.1 分形理论的产生和发展
• 2.3.2 分形的基本概念
• 2.3.3 研究分形的一般方法
• 第三章 法国梧桐叶片仿真
• 3.1 法国梧桐叶片造型
• 3.1.1 法国梧桐叶片的三维形态特征分析
• 3.1.2 叶脉形状建模
• 3.1.3 叶片边缘线的生成
• 3.1.4 叶面三角形网格的生成
• 3.2 主要的纹理映射技术
• 3.3 纹理映射的实现过程
• 3.3.1 正向映射
• 3.3.2 反向映射
• 3.4 基于小切割的法国梧桐叶片纹理映射
• 3.5 基于PRT的光照计算
• 3.6 仿真结果
• 第四章 法国梧桐树枝条形态研究
• 4.1 树茎的植物学依据
• 4.1.1 茎的分枝
• 4.1.2 茎的生长方式
• 4.2 状态空间理论
• 4.3 应用状态空间对枝条进行建模
• 4.4 环境对枝条生长的影响
• 第五章 基于L-系统的法国梧桐树生长仿真
• 5.1 L-系统的符号解释
• 5.2 L-系统
• 5.2.1 确定L-系统
• 5.2.2 随机L-系统
• 5.2.3 参数L-系统
• 5.2.4 带剪切符号的L-系统
• 5.2.5 语义相关L-系统
• 5.2.6 语义相关的参数L-系统
• 5.3 3D对象的渲染
• 5.4 仿真结果
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果