网络环境中虚拟树木的建模和实时渲染研究

在网络环境中虚拟树木表现技术上,如何达到网络传输的实时性和视觉效果的平衡一直是国内外学者研究的热点.论文摹于Java3D技术,提出了一种web环境下虚拟树木的实时建模和渲染方法.该方法以树木特性为依据设计了虚拟树木场景结构以及基于web的虚拟树木建模算法.在树木场景创建以及渲染过程中采用多种优化技术如面片建模、LOD方法等既保证视觉效果又有效减少场景面片数以加速场景的漫游显示速率.经过测试,构建的基于Web的虚拟树木场景不但具有较强的真实感及良好的交互性,而且满足网络实时传输的要求.     

基于三维分枝模型的树木模拟

虚拟自然场景的实时生成一直是图形学研究领域中一个富有挑战性的难题,作为自然场景的重要组成部分,树木的模拟也得到了广泛的重视.本文在实际建模中以三维分枝模型为基础,与随机繁衍L系统相结合,对树木模型进行了一些改进.将光源和重力的影响加入枝段的模型中,使生成树木的形态更加逼真;改进了分枝模式,使得生成树木的随机性得到加强;在绘制时根据不同距离选择不同复杂度的树木模型,加快了渲染的速度.     

基于OPENGL的树木场景渲染分析与实现

研究了基于OPENGL的树木生成算法与树木场景渲染模式,针对自然界中的植被场景中植物的三维建模难以实现高效、快速、准确的实时渲染的难题,为改善树木形态结构建模与实时渲染的效果和速度,提出了一种面向GPU的针对叶簇的渲染架构,给出了树木建模与渲染的具体实现算法,并完成了三维替代物渲染技术,结合叶簇不同形态,采用基于几何模型的枝干渲染和基于2.5维替代物的叶簇渲染,较大地提升了视觉效果的真实性,使树木建模与实时渲染效率和准确性均得到明显提高。仿真结果表明,树木场景渲染实现模式能够较好的满足图像处理需求。     

基于分枝类型和空间点的三维树木建模方法*

生成图形相似性太强和不易局部控制是目前主流植物建模方法存在的共同不足之处,基于指定树木的分枝类型和空间的随机分布点,提出了一种新的树木建模方法,克服了目前树木建模方法的上述缺陷;同时,该方法还能简便地进一步控制树木枝条的稀疏密集和光顺程度。实验结果表明,该方法生成的图形逼真、自然,为树木建模提供了一种新的思路。     

采用拟仿射变换进行分形树模拟

针对分形图形生成中带凝聚的IFS(迭代函数系统)的延伸变换难以有效地选取,其参数修改达不到所需水平的问题,提出一种新的分形树模拟方法,利用拟仿射变换来实现树木成行、树木成林,该方法不涉及延伸变换,而以分形图拟仿射变换取而代之,并通过调整参数可取得理想的效果;另外,对所生成的树木进行渲染(着色),增强了视觉上的真实感.实验结果表明,该方法与传统的实现树木成行、树木成林方法——带凝聚的IFS相比,算法简单,操作灵活,模拟效果较好.     

基于分形的树木建模

针对目前树木的建模还没有统一方法的现状,基于分形的自相似特点,给出了树木的生成元并利用递归方法生成标准的自相似树木,并从数学上证明了树枝长度和夹角对树木的影响是符合正态分布的,提出对生成元添加符合正态分布的随机变量控制思路,改善了分形方法创建的自然树木规则性强,与自然界树木存在一定差异的局限性.实验结果表明,该方法简洁易行,能生成逼真的树木图形,可以在虚拟场景的自然景物中得到应用.     

基于植物顶端优势原理的树木建模方法

递归结构建模是目前主流的树木建模方法，具有局部参数的微小变化将引起模拟结果巨大变化的特点，建模过程难于控制。针对递归结构建模方法的上述不足，基于植物自组织结构建模思想，提出树木基本生长单位--芽基于光源竞争的建模方法，从生长环境计算、资源分配以及生长模拟3方面阐述建模过程。实验模拟表明，生成的树木图像逼真、自然，通过控制算法中的参数能有效模拟树木顶端优势、向地性现象和向光性现象等，为树木的建模提供了一种新思路。     

布告板云树木模型的阴影快速生成与绘制

阴影是树木的重要视觉特征,对提高树木绘制的真实感具有重要意义,同时阴影算法的效率也是影响树木绘制效率的重要因素.文中针对树木建模中广泛应用的布告板云(Billboard Cloud)树木模型的特点,提出了BillboardCloud树木模型阴影快速生成与真实感绘制算法.在传统阴影图算法基础上,采用深度变换的方法解决了Billboard的自遮挡问题,使用阴影图滤波和屏幕阴影图滤波相结合的方法实现了树木软影效果,并利用图形硬件的多绘制目标功能对上述算法流程进行了优化,以提高算法效率.最后以SpeedTree树木模型为例进行了实验,结果表明,文中算法生成的Billboard cloud树木阴影真实感强,且具有较高的效率.     

一个基于贝叶斯方法的冬态树木分类系统的设计与实现

提出并实现了一个基于贝叶斯的冬态树木自动分类的系统.通过分析树木体系的特征,研究并分析了可能影响树木分类结果的几个方面,提出了树木分类建模时应该考虑的因素,并将其归纳为六个方面,从中抽取与分类最相关的内容和信息,构建了冬态树木分类的模型,最后用贝叶斯方法实现了该分类模型,完成了基于贝叶斯的冬态树木分类系统.系统实现了树木分类中各特征项参数的自学习功能,以便在使用分类过程中,根据实际情况,自学习参数,达到最佳的分类效果.实验结果表明所提出的分类方法可以较好地解决冬态树木的自动分类问题.     

虚拟森林公园系统建模的方法研究与实现

树木建模的几何复杂性,决定了在建模中要使用一定数量的多边形,才能将树木的树叶以及枝干真实自然的表现,大量多边形的实时渲染,势必会影响显示的速率以及交互效果。在分析各种对象建模方法的基础上,重点讨论了虚拟森林公园系统场景中地形和植被建模的方法,提出了对大面积的树木建模的快速有效的方法。采用这种建模方式建立的虚拟森林公园系统,在保证了树木的基本形态的前提下大大减少了多边形数。实验结果表明,这种建模方法较好地解决了场景真实感和显示帧率之间的矛盾。     

真实感树木绘制技术研究

真实感树木绘制技术的研究是计算机真实感图形学的一个热点领域,因为树木复杂的细节结构使其在绘制上存在着相当大的困难.主要讨论了真实感树木的绘制方法,对国内外在该领域的工作成果进行了较为系统的介绍,并对各种绘制方法的优缺点进行了分析,最后展望了该技术的发展.     

基于动态Impostor技术的树木快速绘制方法

树木快速绘制技术研究一直以来都是计算机图形绘制的一个热点领域,因为树木复杂的细节结构使其在绘制上存在着相当大的困难.提出了一种基于动态impostor技术的树木绘制方法,不仅可以快速地绘制树木,而且具有较高的真实感效果.该方法首先基于树木模型进行平面投影去创建impostor平面,然后将纹理映射到已经创建好的impostor平面上,最后通过绘制impostor纹理平面形成树木图像.当参考视点移动时,可以根据误差来决定是否动态更新impostor平面的内容.     

3D树木建模技术研究进展

3D树木建模一直都是计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等领域最具有挑战性的研究方向之一,国外学者在该领域做了大量研究工作,但3D树木建模综述性文章的缺乏成为其发展的制约因素。侧重从计算机视觉的角度,将当前国内外经典的3D树木建模方法分为基于图像,基于规则和基于草图等三类,并跟踪了最新的3D树木建模技术进展,对他们的成果进行了深入剖析,重点阐述3D树木建模关键技术。最后,分析和比较了几种主要的3D树木建模技术,提出轻量化3D树木建模技术是今后虚拟场景中的交互应用的发展趋势。此外,根据当前研究的难点提出了基于单张图像的轻量化混合建模的研究思路。     

一种实现森林场景漫游的几何与图像混合绘制方法*

提出了一种基于粒子系统和Particle System API的景物模拟方法,并采用Line方式取代传统的Point方式渲染粒子,结合纹理映射方法实现了多种喷泉模拟。实验证明用该方法模拟喷泉效果比较真实,速度快,在普通微机上可以得到令人满意的效果。     

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。     

基于故障配置的故障树生成

故障树分析是提高系统安全性和可靠性的有效方法。传统的人工故障树生成方式难以解决当前系统的庞大规模与复杂性的问题,且容易出错。为此,提出基于故障配置的故障树生成方法,引入软件产品线的可变性管理,用于系统故障建模与形式化分析。首先,定义故障特征图模型用于刻画系统故障间的约束关系,基于Kripke结构定义故障标记迁移系统来描述系统的行为;然后,基于模型的语义建立通过模型检测生成故障树的过程;最后,通过时序逻辑描述系统安全属性,利用模型检测工具SNIP验证安全属性进而生成故障树。案例研究验证了该方法的有效性。     

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.     

基于纹理数组的大规模地形绘制算法

将Shader Model 4.0引入的纹理数组技术同顶点纹理拾取技术、瓦片块四叉树算法和地形分块技术等相结合,提出了一种基于GPU的大规模地形绘制方法。将整个大规模地形数据分割成地形块,按照金字塔模型保存在CPU内存里,将地形中潜在的可见部分以纹理数组形式驻留在GPU Cache里;在CPU上发送瓦片块四叉树平面网格,利用存储在GPU Cache里的高程值生成相应的地形;GPU Cache随着视点运动而连续更新。实验证明该方法充分利用了现代GPU的特性,适合于大规模地形的漫游。     

个性化编辑的轻量化3维树木模型构建

目的 3维树木几何结构和拓扑结构的复杂性,不仅使得真实感3维树木模型的构建过程十分复杂,而且构建的模型文件包含大量的几何数据。针对3维树木模型的构建过程复杂和模型数据量大的问题,提出一种支持骨架个性化编辑的轻量化3维树木模型构建方法。方法 该方法在提取树木模型骨架结构的基础上,通过交互方式对3维树木模型的骨架进行个性化编辑以生成3维树木模型的全新骨架结构,并采用枝干和树冠模型的简化方法实现轻量化3维树木模型的构建。结果 该方法不仅能快速创建轻量化的3维树木模型,减少3维树木可视化时的模型绘制时间;而且能通过骨架个性化编辑来设计树木的拓扑结构,有助于增加同一品种树木外部表现形态的多样性。结论 通过应用表明,本文轻量化3维树木模型构建方法不仅可以构建具有不同表现形态的3维树木模型,而且简化后的3维树木模型可以在无线网络、移动终端等资源有限情况下进行3维树木可视化。