JessTree三维树模型的研建及其可视化系统开发

论文摘要

三维可视化技术作为最直观的计算机显示方式之一，已经广泛的应用到教育、科研、娱乐等领域中。树木形态的复杂性为森林景观的三维可视化实现带来了困难。由于树木生长属于非线性理论范畴，结合非线性理论的三维可视化系统可以更优秀的表达森林景观的三维模拟。本研究深入探讨了当前在学术界和工业界中流行的树木三维可视化软件的理论与技术，并作了相应的比较。在理论研究的基础上，重点针对三维可视化技术和非线性理论进行了深入分析。并且，结合树木形态模型和生长的特点，提出了基于分形理论与DLA（扩散凝聚模型）理论的三维树木形态模型。该模型运用L-System文法生成单位分枝，调用DLA算法对单位分枝进行分配，实现树木的分枝模型，并应用纹理贴图等方式绘制具有真实感的三维树木模型。在Microsoft Visual Studio 2005软件开发环境下集成OpenGL和MFC技术，开发了三维树模型软件JessTree1.0，实现了单株三维树模型的场景和简单森林景观三维可视化模拟。本研究基于L-System文法和DLA理论全新的定义了树木形态结构，并通过数学建模和编程开发实现了该形态结构的三维可视化。JessTree 1.0树木三维可视化软件是树木分枝方法和理论的一种全新尝试，为今后的进一步研究和开发奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 引言
• 1.1 基本概念
• 1.1.1 虚拟树模型
• 1.1.2 森林景观
• 1.1.3 三维可视化技术
• 1.2 国内外的发展概况
• 1.2.1 基于双尺度自动机的研究
• 1.2.2 基于计算机图形学的研究
• 1.2.3 基于树木生理学的研究
• 1.2.4 存在问题
• 1.3 研究的主要内容
• 1.3.1 树木形态与非线性理论
• 1.3.2 研究目的与方法
• 1.3.3 研究重点
• 2 当前流行的理论与技术概述
• 2.1 四大代表软件模型
• 2.1.1 美国农业部GOSSYM模型
• 2.1.2 中法合作研究所Green Lab模型
• 2.1.3 基于GIS的树木可视化
• 2.1.4 商业软件中的树木三维可视化模块
• 2.2 软件理论与技术
• 2.2.1 分形理论的研究
• 2.2.2 与GIS相关的研究
• 2.2.3 基于图像的研究
• 2.2.4 其它方法
• 2.3 软件的特点比较
• 3 JESSTREE三维树模型的研建
• 3.1 树模型的形态结构定义
• 3.1.1 两种树模型定义
• 3.1.2 JessTree树模型定义
• 3.2 分形L-System文法实现
• 3.2.1 分形理论
• 3.2.2 L-System与龟图
• 3.2.3 树木分枝的表示方法
• 3.3 DLA模型
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 DLA模型的摸拟规则
• 3.3.3 DLA理论的相关应用
• 3.4 JessTree三维树模型的建立
• 3.4.1 基本结构
• 3.4.2 L-System文法的应用和实现
• 3.4.3 DLA理论的应用和实现
• 3.4.4 实时运算树木的形态参数值
• 3.4.5 真实纹理贴图
• 3.4.6 生成随机分形树
• 4 JESSTREE三维树模型系统的开发技术
• 4.1 Visual C++
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 面向对象的编程思想
• 4.2 MFC
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 MFC的编程框架
• 4.2.3 文档/视图结构概述
• 4.2.4 消息映射结构
• 4.3 OpenGL
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 Windows NT环境下的OpenGL
• 4.3.3 OpenGL的变换及其运算
• 4.4 JessTree三维树模型的技术结构
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 面向对象的Class类结构
• 4.4.3 MFC的应用
• 4.4.4 OpenGL的应用
• 5 JESSTREE系统设计和实现
• 5.1 系统的总体框架
• 5.2 JessTree系统的技术实现
• 5.2.1 创建MFC工程
• 5.2.2 创建OpenGL环境
• 5.2.3 类的结构与功能
• 5.3 程序结构与功能
• 5.3.1 场景的绘制
• 5.3.2 UI的设计
• 5.3.3 树干模型实现流程图
• 5.3.4 树枝模型实现流程图
• 5.4 系统功能说明
• 5.4.1 主界面
• 5.4.2 菜单
• 5.4.3 工具栏
• 5.4.4 树模型控制面板
• 5.4.5 树干模型设置面板
• 5.4.6 树枝模型设置面板
• 5.4.7 树叶模型设置面板
• 5.4.8 背景设置面板
• 5.5 基于JessTree系统生成的树模型效果图
• 5.6 基于JessTree系统生成的森林景观效果图
• 6 结论和讨论
• 6.1 结论
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢