基于分形的三维树木生成算法与真实感渲染

摘要

本课题是以分形技术为基础,依据自然树木的分枝模式,以确定性自相似分形几何构造为手段,在Visual C++和OpenGL开放图形库的开发环境下进行三维真实感实体树木的构造和真实感渲染.基于分形图形学原理,依据自然树木的分枝模式,构造了单轴分枝模式和合轴分枝模式三维分形树木IFS生成算法,生成了不同分枝模式的三维分形树木.以北方常见树种杨树和柳树为观测对象,通过计算机实验得出了杨树和柳树的IFS码.利用存点法,将构成实体的点及其属性计算生成后,先存入内存,绘制屏幕时直接读点绘出,提高树木的屏幕绘制速度.用计算机图形学技术对实体树进行了真实感渲染:改进了树干画法,体现树干的自然随机弯曲;实现了三角形树叶和纹理树叶.研究了树木在不同风向及风力中枝条的位置变化情况,生成了在不同风向及风力下的树木形态.

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本人声明

第一章绪论

1.1植物的计算机模拟概述

1.1.1分形(fractal)方法

1.1.2 L系统

1.1.3随机过程

1.2树木的绘制方法

1.3课题内容及技术路线

1.3.1课题内容及背景

1.3.2技术路线

第二章分形与自然景观模拟

2.1分形

2.1.1分形的数学理论基础

2.1.2迭代函数系统

2.1.2分形图形学

2.2分形景观模拟方法

2.2.1确定性自相似分形几何构造

2.2.2统计自相似分形几何构造

2.2.3仿射分形构造方法

2.2.4随机中点位移方法

2.2.5自平方分形

2.2.6自逆分形

第三章基于分形的三维树木模拟

3.1树木的分形特征及数学模型

3.2三维树木生成算法构造

3.3算法的函数实现

3.3.1单轴分枝模式树木的递归生成函数

3.3.2合轴分枝模式树木的递归生成函数

3.4杨树和柳树的IFS码

3.5算法分析

3.6提高算法的绘制速度

3.6.1显示列表

3.6.2存点法

第四章树木的真实感渲染

4.1树干真实感的渲染

4.2树叶真实感的渲染

4.2.1三角形树叶

4.2.2纹理树叶

4.3风中的树

4.3.1算法中添加风力参数

4.3.2参数m1，m2确定

4.3.3参数kn的确定

第五章结 论

5.1本人完成课题内容

5.2进一步的工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢