基于L系統(tǒng)的樹木建模與仿真技術的研究.pdf

1、樹木作為一種常見的景觀模型,在自然場景的模擬中得到了廣泛的應用,如何快速繪制出具有真實感且在大規(guī)模場景中具有較高繪制效率的樹木已成為計算機圖形學研究的一個熱點與難點?；?L系統(tǒng)的方法是樹木建模的一種常用方法。該方法是分形方法的一種,屬于圖形學的范疇,可以通過巧妙的設置表示樹木“雛形”的初始字符串和龜圖解釋規(guī)則便捷的構建出三維樹木的模型。近些年,許多研究人員都使用 L系統(tǒng)方法對樹木的模擬進行了研究。然而現(xiàn)有的方法存在著可交互性不強,生成

2、的樹木造型呆板,形態(tài)結構單一,且在大規(guī)模場景中繪制速度較慢等缺點。
　　為了充分利用L系統(tǒng)方法在樹木繪制方面的便捷性,繪制出具有真實感且繪制效率較高的樹木,本文從以下幾個方面對現(xiàn)有方法進行改進:
　　1.本文使用分枝長度、半徑、角度等大量參數(shù)對分枝細節(jié)進行控制,用戶可以使用滾動條改變參數(shù)實現(xiàn)對樹木形態(tài)結構進行“微調(diào)”,從而便捷的獲得更具真實感的樹木模型。
　　2.為了獲得具有多樣性的樹木,本文使用三重隨機算法。(1)為

3、產(chǎn)生式設置概率因子,使同一初始字符串經(jīng)過重寫操作后可以生成多種不同的重寫字符串,以展現(xiàn)出同種樹木的多種樣式;(2)繪制階段對內(nèi)存中生成的多個重寫字符串進行隨機選取,以展現(xiàn)出多種樹木的多種樣式;(3)描述分枝形態(tài)結構的參數(shù)在閾值范圍內(nèi)隨機選取,確保即使方法(2)中選取的重寫字符串已被某棵樹使用過,仍能生成與該樹木樣式不同,具有多樣性的樹木。
　　3.L系統(tǒng)方法在大規(guī)模場景繪制的加速方面,對L系統(tǒng)的繪制流程進行改進,當用戶交互修改控制

4、樹木細節(jié)的參數(shù)時,不再進行不必要的字符串重寫操作;使用3個結構體存儲分形計算的結果,避免未對參數(shù)修改的情況下,每一幀刷新時不必要的分形計算操作;提出一種基于遞歸深度的面片消減算法,在不丟失樹木細節(jié)的情況下,極大的減少了場景中需要繪制的矩形面片數(shù),結合LOD方法在大規(guī)模場景中進行使用,進一步提高L系統(tǒng)樹木在大規(guī)模場景中的繪制效率。
　　最后,介紹了EasyTree樹木模擬系統(tǒng)的實現(xiàn)。并在該系統(tǒng)中使用本文提出的改進算法與傳統(tǒng)方法進行對