基于L-系统的分形图案设计

论文摘要

自然景物模拟一直是计算机图形学的研究热点。自然景物包罗万象,自相似性是其相当普遍的特征,而分形几何学正是表现这一特征的重要数学工具,分形法有多种形式,需要根据实际应用合理选择。本文通过对分形理论的研究,将分形理论与包装CAD开发结合起来。通过将分形与计算机图形学结合起来,开发出参数化的包装CAD设计系统,在计算机上模拟生成各种变幻莫测、色彩绚烂而美丽的分形图案,将这些图案用于包装装潢设计,包装防伪以及包装商标设计中既具有很好的装饰效果又具有很好的防伪效果。本文通过对L-系统的深入研究,在L-系统符号解释扩展的基础上,利用L-系统理论,采用标准图形软件接口OpenGL和支持可视化编程的集成开发环境VC++6.0,实现了植物模拟的演示系统。另一方面,运用光照、纹理映射等技术,实现了植物生长过程的计算机模拟,生成的植物具有三维立体效果,形态逼真,符合自然生长规律。论文在结构上首先阐述了L-系统参数化设计这个课题的研究意义,然后简要的说明了当前自然景物模拟的一些研究成果和进展。论文的主体部分对用到的L-系统的理论进行了研究,然后着重对该参数化CAD系统的功能模块进行了设计并着重介绍了三维L-系统的真实感绘制;最后对系统的实现举例。同时,本文的研究有助于揭示自然界的一个道理:看似复杂的自然现象背后其实蕴藏着简单的规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.1.1 分形与包装装演
• 1.1.2 分形与包装防伪
• 1.2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势
• 1.3 论文的研究思路和主要内容
• 2 分形和L-系统的基本原理
• 2.1 分形基本理论
• 2.1.1 分形的引入
• 2.1.2 什么是分形
• 2.1.3 分形的主要方法
• 2.2 L-系统主要方法
• 2.3 L-系统的数学模型
• 2.3.2 L-系统的龟形解释
• 2.3.3 L-系统的三维扩展
• 2.4 L-系统描述植物结构的方法论
• 3 L-系统算法实现
• 3.1 L-系统设计
• 3.1.1 系统简介
• 3.1.2 需求分析
• 3.1.3 开发平台和工具选取
• 3.2 本系统符号介绍
• 3.3 系统主要功能模块
• 3.3.1 主模块
• 3.3.2 L-系统文法模块
• 3.3.3 绘图模块
• 3.3.4 OpenGL模块
• 3.4 系统关键技术分析
• 3.4.1 文法编译器
• 3.4.2 文法执行
• 3.4.3 动画功能
• 3.5 主要数据结构
• 4 真实感绘制
• 4.1 OpenGL基本特点
• 4.2 OpenGL工作机制
• 4.3 光源设置
• 4.4 纹理映射
• 4.5 场景模式
• 5 软件介绍
• 5.1 系统界面
• 5.2 系统主要菜单
• 5.3 运行实例
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:该Lsystem3d软件生成图案实例
• 附录B:发表论文及获奖情况