基于凝聚IFS的三维树木风中模拟

针对目前模拟动态自然景物的方法存在的缺点和不足,提出一种风场凝聚迭代函数系统IFS(Iterated Function System)变形算法。首先根据风的自然规律建立风场数学模型,并利用物理原理计算推导出风力参数;然后从一个已模拟的三维树木IFS吸引子出发,将风力参数与凝聚IFS相结合来控制不同层次树木枝条的变形,使模拟的三维动态树木既符合自然规律又符合分形的一系列特征。最后,通过实验结果表明用这种算法可以有效地模拟出三维树木在风中的动态摇曳。     

快速真实地生成树的自然摇曳

快速真实地模拟树在风中的摇曳一直是图形学中的一个挑战性问题．已有的方法,或者计算速度太慢,或者所处理的模型局限在几千个面片之内,难以用较强的真实感进行动画模拟．针对复杂树在风中的自然摇曳,该文提出一种新的方法．一方面,它基于统计数据采用高斯分布来近似逼近实际风力,既可以基于物理性态很好地反映风力的影响,又可以方便树的变形计算;另一方面,根据树的层次结构特点,新方法对树的各个部分分别进行独立的变形计算,然后再根据它们的连接关系进行组合,完整地获得树的变形．新方法对于小振幅的非末梢枝条,是利用静力分析来计算它们的变形,而对于振幅大的末梢枝条则采用Newmark逐步积分法求解其振动方程,这样就可以以较少的计算开销获得变形真实感很强的结果．在对树的各种姿态进行成像时,新方法运用了基于硬件的shadow mapping技术和LOD(Level-Of-Details)技术,以快速生成高度真实感的树．实验表明,对于有近4万个控制节点、近90万个拟合外观模型的三角形的柳树模型,新方法可以对其自然摇曳进行每秒0．6帧的高度真实感的模拟．     

基于分形递归算法的树木真实感绘制

快速真实地模拟树在风中的摇曳一直是计算机图形学中的一个挑战性问题,作为自然场景的重要组成部分,树木的真实感模拟也得到人们的广泛重视.树木种类繁多,形态各异,复杂的结构使其无论在造形、存储还是在绘制上都存在着相当的困难.大多数园林设计软件很难构建模型参数可变的三维树.研究了一种简易的基于分形递归算法的建模方法,利用过程参数控制树的摇曳,使模型的真实感更强,变形计算更容易,得到了令人满意的实验效果.     

基于动力学的树在风中摇曳的方法的研究

为了模拟树在风中的摇曳变形,本文基于力学分析,从多个角度考虑树的受力,先计算出风力作用下每个单元段的受力情况,再由末梢枝条向根部进行力的传递,然后在从根部到末梢进行计算以获得整棵树的变形,并在些基础上考虑了风与树间的流固耦合效应,分析了平均效应和脉动效应,给出了相应数学公式,通过以上方法能较为逼真的模拟出树在风中的变形。     

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。     

基于动力学有限元的树在风中摇曳动画

建立了阔叶树在风中的摇曳的有限元模型.考虑了风场与和树之间流固耦合效应,探讨了由平均风压和旋涡脱落引起的2种不同的振动模式,提出一种加速有限元求解的虚拟材料法.通过该模型可以模拟不同风力等级下树的晃动,树的晃动程度与风力等级表中的相符;并通过模拟结果数据库,可生成树在风中摇曳的动画.     

IFS树木随风摇曳的方法研究

为了更好地模拟自然环境中三维树木摇曳的效果,基于迭代函数系统(IFS)方法并利用高斯函数产生随机因子,对三维树木进行建模。采用1/fB噪声技术产生虚拟风场,运用力学知识对树木进行受力分析,模拟树木随风摇曳的运动状态。实验结果表明,该方法能够有效地模拟自然树木的形态,树木具有较好的逼真度,并能快速真实地模拟树木摇曳效果。     

快速模拟IFS树木动态摇曳的方法研究

为了更好地模拟三维树木动态摇曳的效果,根据真实风场的变化规律,利用Perlin噪声技术产生虚拟风场的数学模型,采用迭代函数系统（IFS）方法构建三维树木模型,并运用动力学知识进行受力分析,计算树木的摇曳幅度以及树枝和树叶的旋转角度和偏移大小。实验结果表明,该方法能够较好地模拟自然树木的形态以及树木的真实摇曳效果。     

虚拟场景中基于LOD的树木真实感建模

树是虚拟场景中的重要的景物之一。提出了用参数化的分形方法对三维树木进行真实绘制;将分形计算产生的树木数据用数据结构储存起来;并根据视点与树模型的距离确定所需树木模型数据的层次;从而充分发挥了应用分形技术生成的树模型真实感强的优点,消除了分形计算耗时长的缺陷,保证了树木生成的真实性和实时性。实践证明,用文中方法在可漫游虚拟场景中产生三维树模型,在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。     

虚拟场景中基于LOD的树木真实感建模

树是虚拟场景中的重要的景物之一.提出了用参数化的分形方法对三维树木进行真实绘制;将分形计算产生的树木数据用数据结构储存起来;并根据视点与树模型的距离确定所需树木模型数据的层次;从而充分发挥了应用分形技术生成的树模型真实感强的优点,消除了分形计算耗时长的缺陷,保证了树木生成的真实性和实时性.实践证明,用文中方法在可漫游虚拟场景中产生三维树模型,在实时性与真实感方面均取得了不错的效果.     

三维树木随风运动真实感模拟

提出了一种真实感较强的模拟树在风中摇曳的方法。该方法采用I、系统建立树的有限元模型。引入Pcrlin 噪声函数建立具有自然风的1/f波动特性的风速模型;采用材料力学中梁的运动模型模拟枝干受风力弯曲。详细分 析了树对风的遮挡:枝干遮档和叶子遮档,即风场与树之间的“流固藕合”现象,特别是在处理枝干遮挡过程中,采用了 流体力学中的圆柱绕流模型。实验结果表明,该方法模拟的风吹树动效果逼真,可以达到实时显示的效果。     

弯曲树枝和分形树根的三维模拟

枝条的逼真度在很大程度上影响着整棵树的形态效果,为了模拟出更符合自然规律的三维树,结合了分形算法和材料力学原理,提出了基于重力场的三维弯曲枝条和分形树根的模拟方法。枝条的弯曲程度体现了它的受力情况,同时也可以用杨氏弹性模量来控制其弯曲度;另一方面,采用X3D及Java,运用分形算法结合X3D的Extrusion节点模拟了分形弯曲树根的向地性。用户只需要输入相关参数就可以得到形态较为逼真的三维树。同时将树的地下部分与地上部分有机地结合在一起,模拟了基于重力场的三维树形态。实验结果表明,该方法可以比较方便地生成形态逼真的三维分形树。     

Simulation of tree and its swaying with wind generated by L-system

This paper constructs a tree model by using the 3D stochastic and L system with brackets. Adjusting the range of the parameters, the present method ensures a favorable randomness and reflects the reality and the real time. Based on a simple mechanical model, the simulation of the phenomenon of wind swaying trees satisfies visual effects well.     

数据驱动的大规模森林场景真实感动画

提出一种基于数据驱动的大规模森林场景真实感动画的实现方案.该方案预先对单株样本树在风力作用下的运动作高精度的动力学计算,得到高分辨率、精确的树骨架形变序列;然后采用分簇主元分析方法对形变序列数据进行压缩与简化,构建单株树各枝干运动的细节层次;最后基于多株样本树多个细节层次的运动数据合成大规模森林的群体运动.实验结果表明:该方案实现了力学形变数据的高效重用,在森林动画合成效率和真实感上具有一定的优势,能满足对规模和画质要求较高的应用,如影视动画与媒体广告等的需求.     

Wind projection basis for real-time animation of trees

This paper presents a real-time method to animate complex scenes of thousands of trees under a user-controllable wind load. Firstly, modal analysis is applied to extract the main modes of deformation from the mechanical model of a 3D tree. The novelty of our contribution is to precompute a new basis of the modal stress of the tree under wind load. At runtime, this basis allows to replace the modal projection of the external forces by a direct mapping for any directional wind. We show that this approach can be efficiently implemented on graphics hardware. This modal animation can be simulated at low computation cost even for large scenes containing thousands of trees.