论文部分内容阅读
近十年自然景物模拟是计算机图形学研究的热点,其基本目标是利用计算机系统尽可能真实地再现大自然巧夺天工的造型,如地貌、海岸、树木、草丛、云彩等大自然中的不规则物体。其中对于树和其他植物的三维建模问题的研究更是热点中的热点,近几年在国内外期刊出现大量相关论文,提出了许多可以借鉴的简单、有效方法。本文首先对一些经典的解决方法进行综述,主要包括林氏系统和迭代函数系统,以及基于此类算法的优化、推广和补充方案。 L系统和IFS都是单纯利用分形结构实现树的造型。这类方法的优点是使用参数较少,数学形式比较优美,缺点是生成的造型过于呆板,缺乏生动性,且不易控制,即从初始参数无法估计或想象出最终产生的造型,最终造型对初始参数的变化也过于敏感。 本文首次提出了一种利用动力学系统建立的基于分形的树的三维建模方法。树形态具有典型的分形特征和随机性,其形成受内在基因和外在环境因素影响。文本通过一个包含质量、力、速度和能量的分形分布等因素相互作用的动力系统,运用一组非常直观的参数集合描述了树的三维造型,并给出了生成姿态各异的树的三维建模算法。 文本提出的树的三维建模方法,是树形态的自然分形结构与模拟树生长的动力系统结合的产物,与其他模型方法相比,具有独特创意。 文本提出的算法通过AUTOCAD的VBA实现,实际效果表明本模型不仅可行,而且效果很好。 本模型最大的优点是可以通过力(内力和外力)的作用,非常直观地控制树形态的分形结构。我们知道自然界中的树形态是在基本形态一致的基础上千变万化的,构造树形态的模型既要保证树的基本形态,又要能够在基本形态上变化。树的基本形态是通过分形机制保证的,而在变化方面,传统方式是采用随机过程。通过仔细观察千姿百态的树形态,我们可以发现,虽然局部的变化没有什么规律,基本上是完全随机的,但整体上的变化是有一定趋势的。通过单纯的随机过程实现类似造型的控制是很困难的,而引入力进行控制便可以迎刃而解。在本模型中引入了内力和外力,内力用于控制树的局部形态,而外力用于控制树的整体形态。 本模型的缺点是特征参数和控制参数个数都比较多;另外算法具有较大的时间和空间复杂性,有待进一步优化。关键词:分形三维建模计算机图形学中图法分类号:TP391 .41