基于FBM的可控性真实感地形的生成方法研究

摘要

真实感地形的生成算法一直是计算机图形学的重要内容，而随着计算机图形学的不断发展，具有真实自然视觉效果的虚拟环境仿真技术正发挥着越来越重要的作用。分形布朗运动(FBM)是现代非线性时序分析中的重要随机过程，它能有效地表达自然界中许多非线性现象，也是迄今为止能够描述真实地形的最好的随机过程。根据实现方法的不同，FBM可细分为泊松阶跃法、傅立叶滤波法、随机中点位移法、逐次随机增加法和带限噪声累积法等。随机中点位移法由于生成地形视觉效果好、算法可行性高而成为地形模拟的一种代表性方法，遗憾的是利用这种方法形成地形形态事先无法预知和控制，如无法预知与控制地形中山峰的个数、峰顶的位置和高度、山体各面的粗糙度与颜色等。针对以上问题，本文主要做了以下两方面(造型模块和显示模块)的研究工作： (1)造型模块：提出了一种新的基于分形布朗运动的形状基本可控的真实感地形的生成方法。根据地形上少量特征点的三维坐标，将地形的整个平面区域划分成几个三角形，然后对每个三角形，利用改进的随机中点位移法进行三维地形数据的细分与迭代生成。利用这种方法可以方便、快速地生成人们期望的多峰山脉地形、一般平缓地形、以及复杂的组合地形数据模型。 (2)显示模块：在PC机上用VC++6.0结合OpenGL编程，将生成的三维地形数据转化为具有真实感的可视化图形。其中涉及的主要工作包括：三维变换、消隐、颜色、光照和材质等处理。为了更好的体现生成地形的真实感，本文用随机中点位移法生成蓝天白云纹理图作为地形的背景，并通过改变不同地貌的颜色来产生多姿多彩的地形(如雪山、平地)。模拟实验结果表明本文提出的算法可以方便生成具有真实感、可控性的多峰山脉地形、一般平缓地形、以及复杂的组合地形，较好地解决了传统分形布朗运动对生成地形的形状无法预测和控制的问题。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1研究的意义和应用领域

1.2国际国内研究现状及存在的问题

1.3发展趋势

1.4本论文的研究内容与论文组织结构

2三维真实感地形的实现

2.1三维真实感地形显示的流程

2.2 OpenGL概述

2.2.1 OpenGL使人们进入三维图形世界

2.2.2 OpenGL提供直观的三维图形开发环境

2.2.3 OpenGL已成为目前的三维图形开发标准

2.3 OpenGL使用方法

2.3.1 OpenGL工作流程

2.3.2 OpenGL变换

2.3.2 OpenGL的光照模型和材质

2.3.3 OpenGL的纹理映射

2.3.4 OpenGL特殊效果处理

2.4在VC++6.0开发环境下的OpenGL编程

3分形布朗运动与随机中点位移法

3.1分形布朗运动

3.1.1分形布朗运动的由来

3.1.2分形布朗运动的数学模型

3.1.3布朗运动的性质

3.2随机中点位移法(MPD)

3.2.1实现分形布朗运动(FBM)的方法

3.2.2随机中点位移法(MPD)原理

3.2.3随机中点位移法(MPD)主要网格构法

3.2.4客观评价

4基于FBM的可控性真实感地形生成方法

4.1引言

4.2单峰山脉的模拟方法

4.2.1单峰山脉构法

4.2.2细分准则

4.2.3随机位移量的确定

4.2.4数据结构的组织

4.2.5单峰山脉的真实感显示

4.3多峰山脉的模拟方法

4.3.1多峰山脉构法

4.3.2多峰山脉的真实感显示

4.4基于FBM的地形生成方法

4.4.1地形网格的生成及参数测试

4.4.2地形的真实感显示

4.5基于FBM的蓝天白云的生成方法

4.5.1蓝天白云的生成方法

4.5.2真实感显示以及各参数的影响

4.6可控性真实感复杂地形的组合

4.7小结

5总结与展望

5.1主要研究工作与结论

5.2进一步研究展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文