基于点云的树叶真实感绘制方法研究

摘要

在树木中,叶片是其重要的组成部分,人们在识别树木或者建模时,树干仅仅起到了辅助作用,而树叶的真实感与否才是关键。目前基于点云的叶片方法在树叶建模的细节特征和逼真性方面都存在不足。为此本文基于由设备自动测量和配准好的树叶的点云与图像数据,对树叶真实感绘制进行了研究,主要研究内容如下:
　　(1)提出了一种基于点云的树叶的真实感绘制方法。该方法首先对点云数据进行预处理,然后结合图像的二值化求取点云数据的边界点和叶脉点,并对原始点云进行了保留边界点和叶脉点的精简。接着对其进行了三角网格化,并基于网格模型实施了精确地纹理映射。实验结果表明,该方法能够快速准确地重建出逼真的树叶模型。
　　(2)给出了一种将树叶“生长”到树干模型的方法。该方法首先利用Laplacian网格变形算法生成不同形态的树叶,然后利用三维几何变换将树叶“生长”到树干的指定位置并调节其角度。实验结果表明该方法使生成的树更加逼真。
　　(3)研究了树叶的四季变化及树叶的飘落过程。针对树叶在四季不同阶段其颜色和形态各不相同这一现象,本文首先采用Laplacian网格变形技术,模拟生成不同阶段树叶的不同形状;接着利用在树叶网格模型上映射相应的纹理图像,来模拟树叶四季的颜色变化;最后,根据树叶的形态、重量以及风的速度,定义了三种树叶飘落轨迹:近似直线的旋转飘落、近似直线的翻滚飘落、螺旋翻滚飘落来模拟树叶在秋天的飘落,并加以实现。实验结果表明,本文的方法能够逼真地模拟树叶在四季不同阶段的形态、颜色的变化,以及树叶的随风飘落。

目录

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2013年6月

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1 绪论

1 .1 本文的研究背景及意义

1 .2 本课题研究的国内外发展现状

1 .3 本文的研究内容

1 .4 本文的章节安排

1 .5 本章小结

2 叶脉点和边界点的求取

2 .1 图像处理相关知识

2 .2 本文实现过程及方法

2 .3 实验结果与分析

2 .4 本章小结

3 树叶点云的简化与纹理映射

3.1 典型的散乱点云精简算法

3.2 本文精简算法及实验结果

3.3 纹理映射

3 .4 实验结果对比

3 .5 本章小结

4 树叶的三维变形

4.1 Laplacian网格变形技术

4 .2 实验结果与分析

4 .3 本章小结

5 基于树干(枝)模型的树叶生长

5 .1 树枝的“生长”

5 .2 树叶的“生长”

5 .3 实验结果对比

5 .4 本章小结

6 树叶的四季变化模拟

6.1 模拟春天的树

6.2 模拟夏天的树

6.3 模拟秋天的树

6.4 模拟冬天的树

6.5 实验结果对比

6.6 本章小结

7 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的科研成果