基于非均匀有理B样条的三维羽毛建模研究

摘要

计算机图形学的一个重要研究方向就是真实感图形建模。它是实现虚拟场景中现实物体的重构，其应用已十分广泛，如游戏产业、影音产业、航空航天、医疗、军事仿真等方面，已经深入到生活中的方方面面。随着人们对于沉浸感、代入感等需求的不断提升，真实感图形建模算法也在不断改进。羽毛建模一直是真实感图形建模研究的重点方向，具有理论意义与实际工程价值。 本文以真实感图形建模为背景，三维羽毛建模为研究对象，前人虽然实现了二维羽毛的绘制，但却无法直接应用在三维虚拟鸟身上。结合当前对羽毛建模的现实需求，提出了基于Bezier曲线的三维羽毛建模方法和基于非均匀有理B样条曲线的三维羽毛条带模型的建立方法和绘制。B样条曲线的局部性使得模型在轮廓设计上更为灵活，增加了原模型的适用性。线模型在绘制的效果展示方面存在一定缺陷性，单线性插值更容易产生走样与失真，为了展示更丰富的细节提出了条带模型，实现了更优的绘制效果。文中给出了详细的建模方法和绘制方法。具体的研究内容和开发工作如下： (1)根据羽毛的形态，提出了利用Bezier曲线建立三维羽毛的方法，根据输入的控制点及以羽毛基本结构为框架的关键点位置关系得到整个羽毛模型的点集合，结合计算机编程语言，借助OpenGL函数库，完成了二维羽毛构造，然后通过给定的曲率K，使得左右羽枝均根据K值发生弯曲，求得点的Z坐标，使得羽毛整体具有一定的弯曲度，进而实现三维羽毛的几何构造。根据纹理映射技术原理，采用二维纹理来为羽毛表面附上颜色和图案，分析计算得到了纹理空间坐标到景物空间坐标的映射关系，最后给出了绘制结果。 (2)在线模型的基础上，本文继续优化羽毛模型，采用B样条曲线改善Bezier曲线整体逼近的弱点，以此提高模型轮廓设计的可编辑性。根据真实羽毛的特点提出了以三维线模型为基础的条带模型，这是因为条带模型更符合羽枝之间存在羽小枝这一特性。在纹理映射中，条带模型采用双线性差值来提高模型的细节表现程度，重新确定了条带模型空间坐标中几何图元与纹理坐标的对应关系，最后给出了三维羽毛的绘制结果。

目录

第1章 绪论

1.1 羽毛建模的背景与意义

1.2 羽毛建模研究发展情况和关键问题

1.2.1 羽毛建模研究现状

1.2.2 羽毛建模的关键问题

1.3本文工作内容

第2章 三维羽毛建模相关工作

2.1三维建模方法概述

2.1.1基于图像的三维建模

2.1.2基于几何造型的三维建模

2.1.3针对三维羽毛建模方法选取

2.2羽毛生物结构

2.3参数曲线

2.3.1 Bezier样条曲线

2.3.2 B样条曲线

2.4 纹理映射技术概述

2.4.1二维纹理映射的基本原理

2.4.2 建立映射关系

2.5小结

第3章 基于Bezier曲线的三维羽毛建模方法

3.1 引言

3.2 三维羽毛建模问题描述

3.3 羽毛模型的建立

3.3.1 关键点及其位置关系

3.3.2关键点计算

3.3.3 通过曲率控制羽毛的弯曲程度

3.4 控制参数的设置

3.5 点对点的纹理映射

3.6 实现结果及分析

3.6.1 实现过程

3.6.2 绘制结果及分析

3.7 小结

第4章 基于B样条曲线和条带模型的三维羽毛建模方法

4.1 引言

4.2 B样条曲线构造羽毛几何模型

4.3 三维羽毛的条带模型

4.3.1 条带模型的构造

4.3.2 参数确定

4.4 绘制方法

4.5 实现结果及分析

4.5.1实现过程

4.5.2 绘制结果及分析

4.6 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录1

附录2

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢

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