基于分形的三维可控地形几何建模技术研究与实现

摘要

随着图形加速硬件和真实感计算机图形技术的快速发展，社会很多行业领域对实时虚拟环境系统的需求不断增加，要求也越来越高。人们希望虚拟环境能提供更真实的视觉效果。地形作为自然界较为复杂且最为普遍的景物之一，真实感地形的绘制也成为了国内外计算机图形学研究的热点。地形建模有两种方法：图像建模，采用真实图像构造；图形建模，用易于计算机处理的简单几何图形逼近，建立地形的图形网格模型。采用真实图像构造的地形外貌虽然真实，接近于现实世界，但它的计算消耗过大，难以直接应用在实时的渲染应用中。因此本文研究并实现了许多成熟的快速模拟地形生成算法，并在此基础上实现了一个简单易操作的地形生成系统，可以快速的模拟出自然界丰富多彩的地形面貌。
　　目前的研究热点是应用地形几何分形算法构造地形模型，但由于几何分形算法的本质是伪随机生成算法，由参数控制其输出数据，因此这种方法虽然高效且高实感颇高，但却具有不可控性，难以使用这些算法模拟具有特定形状的地形轮廓。因此，本文致力于解决了不可控性与地形特定轮廓特征之间的矛盾，采用总体布局——设备合成——微观调整——输出结果这样的工作流编辑方式，融合了伪随机算法的高效和用户对地貌特定外观的需求。
　　本文介绍了自然界地貌的丰富多样性以及图形算法模拟真实感地形的可行性，研究了自然环境对地形产生的影响以及如何对这些影响进行模拟。本文还重点分析研究了 Voronoi图原理和高斯模糊算法，并将其运用于地形的快速生成。本文将 Voronoi算法封装成一个设备生成器，它可以模拟具有密集锋利山脉的地形外貌，或者是作为其它有趣地形的基础地形数据。高斯模糊算法封装成一个过滤器，迭加使用这个效果器，可使地形产生滤镜模糊的效果。
　　本文旨在经验模型的基础上，将分形算法与地形外貌可控性相融合，并提供了一个图形用户界面开发应用平台：可控的地形生成系统。基于这个地形生成系统，可快速模拟高山、平地、沟壑等自然界地貌，还可模拟现实世界不存在的地形面貌，如倒三角的高山、锋利的山林等，这些地貌可适用于特殊场景，如电影特效、科幻世界等。

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第一章 引言

1.1课题背景

1.2研究意义

1.3国内外研究现状

1.4本文研究工作与特色

1.5本文组织结构

第二章 三维地形建模算法研究

2.1地貌类型简介

2.2 Voronoi 地形建模算法

2.3高斯模糊算法

2.4 本章小结

第三章 系统需求分析

3.1系统功能设计

3.2系统流程设计

3.3本章小结

第四章 地形生成系统概要设计

4.1 地形layout布局模块

4.2 地形编辑——设备生成器

4.3 地形微调模块形

4.4本章小结

第五章 地形生成系统详细设计与编程实现

5.1地形layout布局模块设计与实现

5.2地形编辑——设备生成器模块设计与实现

5.3地形微调模块设计与实现

5.4用户界面设计与实现

5.5本章小结

第六章 地形生成系统测试及使用说明

6.1 测试环境及说明

6.2系统功能测试

6.3实时运行效率测试

6.4绘制成果

6.5使用说明

6.6本章小结

第七章 总结与展望

7.1工作总结

7.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果