基于分形的自然景观模拟

摘要

随着分形理论的研究与发展，分形理论在自然景观模拟、艺术图案设计、图像数据压缩、分形自然生长与混沌动力体系的研究等各个领域获得了广泛的应用，其中用分形方法模拟自然景观在计算机电子游戏、三维动画制作、科幻影片、军事模拟等领域已获得了很好的应用。在自然界中，地形、水面波形、天空中的云朵、树木等自然景物都具有分形特征，因此，采用分形理论的方法模拟这些自然景物，从而体现了这些自然景物的分形精细结构特征。
　　论文对地形建模技术，IFS算法生成树木，分形插值算法生成水面波形、地形、天空中的云朵进行了研究。首先，讨论了基于数据拟合建模、DEM建模、分形方法建模三种地形建模技术，并且比较了基于灰度值方法、基于LOD算法的四叉树方法、基于三角形细分法、基于“菱形-正方形”细分法的建模技术。其次，利用IFS算法模拟自然景观中的树木，通过改变IFS码与着色实现了各种各样的树木，并且实现了动态的模拟。第三，利用Diamond-Square算法模拟水面波形、地形、天空中的云朵，并且改进了Diamond-Square算法原理，提高了效率和解决了菱角点丢失问题。高程数据着色之后通过平滑处理、纹理映射、光照模型、雾化效果等渲染技术，生成了实时的、逼真的、快速的自然景观。同时还实现了水面波形、天空中的云朵的动态模拟。最后，完成了自然景观的模拟，其中有地形、水面波形、天空中的云朵、树木等自然景物，这样构造了一个三维自然景观系统，并且自然景观中的各个景物大致上相互受到各自的影响。通过系统中的参数变化可以产生差异的自然场景。
　　实验结果表明，IFS算法体现了自然界中树木的复杂性、多样性，Diamond-Square算法能够简便、灵巧的操作水面波形、地形、天空中的云朵的模型。

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1. 绪论

1.1 课题研究的背景及其意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

1.4 论文的组织构造

2. 分形理论简述

2.1 分形理论基础的由来

2.2 分形理论的定义

2.3 分形模拟的主要方法

2.4 分形的应用领域

3. 三维地形的建模技术的研究

3.1 三维地形的建模技术的发展

3.2 数据拟合建模方法

3.3 DEM模型

3.4 分形建模方法

3.5 四种常见的地形建模技术的对比

4. 自然景观的模拟

4.1 基于IFS算法的树模拟

4.2 基于分形插值算法的山、水模拟

4.3 基于分形插值算法的分形云动态模拟

4.4 自然景观模型的真实感效果实现

5. 实验效果分析与验证

5.1 实验效果的数据分析

5.2 实验效果的分析

5.3实验效果的验证

6. 总结与展望

6.1 论文的总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢