论文摘要
随着计算机图形学和计算机硬件的快速发展,虚拟现实技术被广泛地应用于虚拟仿真、3D游戏等领域。在现实生活中,有光即有影,阴影是增强计算机虚拟现实的一种重要因子,不仅能够提供大量的三维空间信息,帮助判断场景中物体的空间相对位置关系,极大地增强场景的真实感；而且在植物间作或造林配置中,上层植物所产生的阴影又会对下层植物所获得的光照量产生一定的影响,而光照恰恰是植物生长最重要的资源,是影响植物物质生产和能量转化的重要生态因子。因此,分析不同年龄、不同株行距条件下林分上层植物的透光性,有助于从机理上解释上层植物对下层植物的影响,为植物间作和造林配置提供参考。具体研究工作和取得成果总结如下：(1)分析了当前虚拟森林环境、阴影相关技术以及森林环境光分布的国内外研究现状,重点阐述了阴影的相关概念及主流算法,并归纳总结各个阴影算法的具体应用场景及优缺点。(2)选取红花木莲和柑橘为建模对象,根据野外采集的实测数据,采用本研究团队开发的参数化单株植物建模软件ParaTree和虚拟森林场景可视化系统VisForest,建立真实的三维单株木模型和各种林分场景。(3)分析了平面阴影、阴影图以及方差阴影图等算法的优缺点。针对阴影算法存在的问题,采用帧缓冲区对象技术和GPU技术来改进传统阴影图算法,依据纹理法线与光源方向的点积来模拟树干及器官几何mesh模型的自阴影,并通过提高分辨率来改善投射阴影边缘的锯齿问题。在ParaTree软件系统中集成了上述几种阴影算法,实现了单株植物模型阴影的绘制。在VisForest软件系统中集成了阴影图算法和光源空间透视阴影图算法,实现了林分场景的阴影效果。以红花木莲模型和柑橘模型所构建的林分场景为例来模拟场景的阴影。(4)根据不同树龄的红花木莲形态结构参数构建不同树龄的红花木莲精细三维模型,进而形成不同的林分场景。采用光线跟踪算法来模拟林分场景内的透光率现象,分析不同树龄、不同株距、行距对林分场景内透光率的影响。研究结果表明,在同一株行距条件下,树龄越大,透光率越小,究其原因是由于随着树龄的增大,冠幅也随之增大,导致阴影面积增加,透光率减小；而在同一树龄条件下,透光率随着株距(或行距)的增加而增大,但是增幅逐渐减小,且株距对透光率的影响比行距大。
论文目录
相关论文文献
标签：虚拟森林论文; 阴影图算法论文; 方差阴影图算法论文; 光源空间透视阴影图算法论文; 透光率论文;