交互式植物建模系统

植物建模是研究植物的形态结构及其生长发生过程的重要手段,也是计算机图形学的研究热点之一.文中设计出一套满足用户需要的、可以生成各种不同的植物形态结构的交互式植物建模系统.根据植物枝干的形态特征,在建模过程中首先采用迭代的方法生成若干不同的分枝,然后根据全局算法将不同的分枝组合成植物的整体分枝结构.用户可以通过系统提供的交互式界面调整参数,控制每一步的生成结果;在叶片建模过程中,结合植物形态学知识可提供大量的叶片模型以及叶序排列模式,用户选择相应的叶片模型或根据需要添加新的叶片模型.实验结果表明,该系统操作简单方便,生成的植物真实感较强.     

基于分形的3维竹子建模算法

为了利用计算机自动地绘制出逼真的竹子图像,将竹秆的绘制分为两部分:采用分形图形学技术生成较直的竹秆;采用图形学中参数曲线拟合技术生成末端的弯曲枝条。通过对竹子整体形态进行观测统计后,得出枝干之间的夹角不是随机分布的,如果以90°为标准,满足黄金分割比。该文首先根据植物形态学原理、分形图形学技术和参数曲线拟合方法,并按照竹子的自然形态结构,构造出了竹子建模算法;经过统计和计算机试验给出了竹子的3维IFS码,根据此IFS码绘制出一片很逼真的竹林,速度较快,该竹林图像可以从各个角度进行多方位浏览。     

基于手绘草图的快速植物建模

传统的交互式植物建模虽然能构建较为精准的目标模型，但其过程极为费时，而基于L-system 的过程式建模虽然能快速自动生成复杂模型，但由于其较高的学习门槛以及对植物形态的控制性欠佳，使得普通用户难以操作。二维草图作为一种直观、高效的交互媒介，对植物形态具有良好的描述力。基于此，该文提出一种基于手绘草图的植物建模方法：首先，对创作者绘制的草图进行预处理和分析，推测创作者的创作意图；然后，结合植物学知识，提出相应的花朵、枝干和叶片的深度信息恢复方法来恢复二维草图中缺失的深度信息；最后，根据深度信息和一定的植物学先验知识重建出具有真实感的目标模型。该方法支持对花卉、草本、树木等具有枝叶结构的植物进行建模，同时具有较大的创作自由度和较快的建模速度。     

基于分形的松柏科树叶建模算法

通过对松柏科中侧柏和油松的叶子观测统计。得出叶片的形态规律，在此基础上结合植物形态学和计算机图形学．采用分形理论将叶片的计算机模拟由传统的二雏点绘制方法。拓展成三雏以面为单位的绘制方法，提高真实感。经过统计和计算机试验蛤出松柏科的侧柏和油松叶的三雏IFS码，井可以从各个角度进行多方位测览。     

虚拟植物模型参数优化及仿真

针对目前分形树生成算法中交互式设置参数量大的问题,本文提出了一种快速绘制大量不同形态的植物并能简单模拟同一形态植物的生长序列的可控随机变换植物模型参数优化方法,并描述了该方法的核心思想及实验过程。该方法通过分析植物模型参数之间的关系从而简化参数设置,在对场景中植物的细节要求不高,而关注大量不同形态的植物快速绘制以及简单模拟同一形态植物的生长序列时,能生成用户满意度较高的图形。算法具有一定的通用性并为简化交互式建模操作提供了较高的研究参考价值。     

基于FBM约束模型的可控性分形生成方法

为了获得分形生成过程的可控性,根据局部变形能的概率分布建立了基本FBM(factal Brown motion)约束模型,通过阈值估计给出了FBM约束因子的具体实现,使得分形生成过程能够在表面细节具备统计自相似性的同时更好地对宏观形状进行控制.其中离散约束下提出的区域缓冲控制与连续约束下提出的区域调和控制方法进一步丰富了分形生成的控制手段.可控性分形生成实例表明,该方法能够实现分形生成过程的有效控制,可在自然模拟、工程信息可视化等领域中得到广泛应用.     

基于三维多项式映射的广义Julia集表示与绘制

研究了基于三维多项式映射的三维广义Julia集表示方法.从理论上分析并证明了三维多项式映射满足等变的条件,精确地给出了关于正四面体群和正八面体群具有旋转不变对称性的两类三维等变映射的具体公式,在此基础上讨论并证明了三维多项式映射的广义Julia集所具有的性质.提出了基于逃选距离色彩调配的光线跟踪体绘制算法,对给定三维空间中属于Julia集的离散点根据其逃逸距离赋予颜色和不透明度,并采用光线跟踪法进行体绘制.实验结果表明,利用三维多项式映射来构造三维Julia集,不仅可以根据映射的性质预知Julia集的总体结构特征,并且能够通过调控映射的参数来获得多种具有不同旋转对称结构的Julia集,因而有效地克服了现有三维分形集生成方法所构造的分形集包含信息量少、形状结构单一和分形形状无法预测等缺陷.进一步地,三维多项式映射可以应用于其他三维分形的构造,从而为三维分形的生成提供一个新的有效途径.     

真实感动态树场景的研究与实现

树木的动态显示在自然场景模拟中有着重要的地位。采用Cook-Torrance光照明模型和预计算的半透明贴图实现了叶片的绘制,使用梁模型导出的拟合多项式结合偏移修正实现枝干的快速形变计算,通过索引枝干层级数据贴图实现GPU中多级枝干的形变。预计算和GPU的使用使得模拟过程中真实感和实时性得以平衡。实验结果表明,该方法实现了快速真实的动态树场景渲染。     

小型植物真实感绘制

植物重建是计算机图形学以及虚拟现实领域一个重要的研究课题.鉴于植物的复杂结构,提出一种基于布告板类簇重现2种不同形态植物的方法.对于大叶片植物,采用基于图像的方法自动化重建与原植物几何结构较为符合的布告板类簇,并依据已有布告板绘制新视点布告板;而对稀疏针形叶片植物,利用激光扫描数据估计其空间分布,并结合有限视点的图像数据生成布告板类簇,在绘制阶段同样采用基于视点的布告板绘制模型.实验结果表明,该方法能够利用有限幅图像真实感重现植物原貌.     

多重分形谱在叶片图像处理中的应用

将多重分形理论引入到植物叶片的图像处理中,用数字图像处理与分析技术,重点对葫芦科的4种植物叶片的图像进行处理,通过计算多重分形谱分析植物叶片的特点。该文处理叶片图像的方法,可望在植物分类及农业生产中产生积极意义。     

一种树木折枝现象的仿真算法

为了快速真实地模拟风力过大引起的树木折枝现象,提出了一种仿真算法。首先结合噪声函数给出一个风场模型,然后应用材料力学知识分析树枝的运动细节后得出树枝的变形参数,并将变形参数加入到树木的分形几何解释中,最后在此基础上设计了树木折枝的可视化仿真方法。该算法可以通过调整风场模型中的参数得到不同风力作用下树木折枝的可视化仿真效果。仿真结果表明了算法的正确性和有效性,能够为统计树木受灾情况提供参考依据。     

基于L-系统的分形植物模拟研究

鉴于动态植物模拟生动逼真的要求,致力于为植物动态模拟领域提供更加广阔的图形选择空间,文中以分形理论为基础,首先介绍了L-系统文法的基本原理,详细阐述了L-系统文法对植物的生成规则,并在VC＋＋6.0环境下用字符串替换算法对植物进行模拟,给出了具体的分形图形模拟步骤,进而对生成流程做出分析。通过连续改变字符串内部参数,模拟植物在风中摇曳的姿态,从而产生逼真的动态效果,避免出现建模方法下生成的植物呆板、不自然的现象。实验结果表明,通过连续改变生成角度以实现植物的动态模拟效果,实现了比较好的动态视觉效果,从而逼真模拟自然界中的动态植物,满足了实验要求。     

Wind speed parameters sensitivity analysis based on fractals and neuro-fuzzy selection technique

Fluctuation of wind speed affects wind energy systems since the potential wind power is proportional the cube of wind speed. Hence precise prediction of wind speed is very important to improve the performances of the systems. Due to unstable behavior of the wind speed above different terrains, in this study fractal characteristics of the wind speed series were analyzed. According to the self-similarity characteristic and the scale invariance, the fractal extrapolate interpolation prediction can be performed by extending the fractal characteristic from internal interval to external interval. Afterward neuro-fuzzy technique was applied to the fractal data because of high nonlinearity of the data. The neuro-fuzzy approach was used to detect the most important variables which affect the wind speed according to the fractal dimensions. The main goal was to investigate the influence of terrain roughness length and different heights of the wind speed on the wind speed prediction.     

基于VB的分形图形绘制

根据分形图形的特点，实现了用VB经窗口获得不同IFSP代码来实现同一程序绘制不同分形图形，解决了以往用C语言编写程序，特定程序只能绘制特定分形图形的问题。并采用对最小线段的长度进行控制替代以往对迭代次数的控制使得对绘制分形图形精细程度的控制更加直观。     

Generation of tree movement sound effects

This paper presents a method for automatically generating sound effects for an animation of branches and leaves moving in the wind. Each tree is divided into branches and leaves, and an independent sound effect generation process is employed for each element. The individual results are then compounded into one sound effect. For the branches, we employ an approach based on the frequencies of experimentally obtained Karman vortex streets. For the leaves, we use the leaf blade state as the input and assume a virtual musical instrument that uses wave tables as the sound source. All computations can be performed independently for each frame step. Therefore, each frame step can be executed on completion of the animation step. The results of the implementation of the approach are presented and it is shown that the process offers the possibility of real‐time operation through the use of parallel computing techniques. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于Perlin噪声函数和动力学的树木折枝模拟

针对树木在风中摇曳的自然现象,提出风力过大引起的折枝现象的模拟。采用Perlin噪声函数模拟动态风场变化,应用动力学知识分析树枝的运动细节得出树枝变形的公式,加入到字符龟解释中,并使用多种规则表达式进行编程实现。实验结果表明树枝在风场作用下作为一个整体运动并最终随机断裂,符合物理上的连续性和一致性。该方法模拟的树木折枝逼真,可应用于游戏、娱乐等行业的形态模拟中。     

A hybrid method for real-time animation of trees swaying in wind fields

Trees are one of the most important elements of natural landscapes. Therefore, in computer graphics, there is a great demand for methods to realize the natural representation of trees in virtual landscapes in various fields such as the entertainment industry or environmental assessment in construction. Many studies have been made on techniques in which the shapes of trees are modeled but only a few studies have been reported on methods to incorporate the shapes with motions in a wind field. Most of these studies use physical simulation techniques based on the equations of motion to generate the branch motions and cannot realize the motions of individual leaves. In this paper, we propose a method to create the natural motions of individual leaves and branches swaying in a wind field. The proposed method uses a hybrid approach combining a stochastic method and a simulation method. The stochastic method is based on 1/f noise, which is observed in various natural phenomena, and provides natural motion to leaves and branches. In addition, a simple simulation method based on the spring model is applied to branches to enhance the reality of their motions. This method enables the real-time creation of the leaf and branch motions. Diverse motions according to tree species and shapes and wind conditions can be easily realized by controlling the parameters.     

基于L系统的植物建模方法改进

为了克服将L系统代码用于编程指导时繁琐的缺点，在简要介绍了L系统代码生成的各阶段图形的性质进行了分析，利用分析结果，给出了一种改进方法，该方法首先把系统代码转换成简单递归表达式，然后，根据这个表达式编写具有递归结构的程序，从而不仅避免了传统方法中庞大的链表结构和复杂的遍历过程，而且使植物建模和实现更加简洁而高效。最后给出该方法的一个具体应用实例。     

基于MATLAB的Koch分形图生成算法研究

分形理论作为一门新兴的数学分支,对传统几何学的一个延伸,具有十分广泛的应用前景。用计算机绘制分形图的算法理论及程序设计已成为一个独立的研究方向,使用计算机绘制分形图形提供了一种高效的分形图生成方法,有力的促进了分形科学的发展,同时分形图案应用于实际带来了巨大的经济利益,并促进了其他学科的进一步发展。在详细介绍了绘制Koch分形图的计算机算法的基础上给出了使用MATLAB语言编写的计算机算法的实现过程。对其他分形图的绘制也有一定的参考作用。