基于DLA虚拟植物叶片可视化建模技术研究

论文摘要

虚拟植物是虚拟场景中不可或缺的重要角色,植物叶片是植物的重要组成部分,叶片的结构类似平面,看似简单,却外形多变,占植物整体的大部分面积,在光照条件下能形成丰富的光影效果,因此在很多虚拟场景表现中,叶片的真实感成为了评判虚拟场景真实感的标准之一。本文提出了基于图像和植物学理论的植物叶片仿真方法。该方法通过从叶片图像采用步进方格算法提取出叶片的复杂轮廓信息；用受限扩散凝聚(Diffusion Limited Aggregation,以下简称DLA)修改模型结合植物学叶脉生长受生长素和叶片形状的影响这一理论,自动生成叶脉作为叶片骨架；使用Delaunay三角剖分的优化算法对叶片进行三角形网格化处理；以自动生成的叶脉节点作为变形骨架控制点,使用有限体积方法(Finite Volume Method,以下简称FVM方法)对叶片多边形进行基于拉普拉斯插值的变形,模拟叶片的弯曲效果；使用分形迭代方法模拟了叶序。实验结果表明,本文方法得到的模型网格均匀,自动化程度高,以植物学理论作为依据,仿真度高,重点突出了结合植物学理论自动提取的叶片骨架对三角剖分和植物叶片变形所起的重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 植物叶片建模研究现状
• 1.2.2 植物茎干模拟研究现状
• 1.3 论文研究内容和研究成果
• 1.4 论文组织结构
• 2 植物叶片可视化建模技术概述
• 2.1 植物叶片形态结构和组成
• 2.1.1 植物叶的形态
• 2.1.2 叶脉
• 2.1.3 叶序
• 2.2 植物叶片建模技术
• 2.2.1 基于参数面片的植物叶片建模技术
• 2.2.2 基于过程的植物叶片建模技术
• 2.2.3 基于图像的植物叶片建模技术
• 2.2.4 植物叶片建模方法比较
• 2.3 本章小结
• 3 基于DLA修改模型的植物叶片建模算法研究与实现
• 3.1 DLA模型
• 3.2 植物激素对叶脉生成的影响
• 3.3 植物叶片轮廓提取
• 3.3.1 叶片图像二值变换
• 3.3.2 Marching Square算法
• 3.3.3 叶轮廓简化
• 3.4 基于DLA修改模型和植物学原理的叶片骨架提取
• 3.4.1 骨架提取算法
• 3.4.2 DLA修改模型的叶片骨架自动生成算法
• 3.5 基于叶片骨架约束的叶片网格化和叶片变形
• 3.5.1 基于叶片骨架约束的叶片网格化
• 3.5.2 叶片变形
• 3.6 本章小结
• 4 植物叶序建模
• 4.1 植物叶序的表达
• 4.2 开发环境
• 4.3 实现效果
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录
• 致谢