植物的生長模擬歷來是計算機(jī)圖形學(xué)的重點研究問題,攀援植物作為植物中的一個重要分支,具有依賴他物攀附生長的特性,如何模擬其生長過程是一個研究難點。自然場景下的攀援植物的生長離不開供以攀爬的地形,過程化生成算法能夠利用程序高效地生成隨機(jī)、多樣并且不重復(fù)的自然場景與地形。因此,如何將基于過程化生成的地形場景與攀援植物的生長模擬相結(jié)合,從而模擬攀援植物在多種多樣的地形場景下的生長結(jié)果,是一個難題。本文以游戲自然場景的生成作為研究背景,探討用過程化方法實時模擬并生成包含復(fù)雜地形、攀援植物以及云朵的室外自然場景,該研究具有實際應(yīng)用價值。本文首先以噪聲算法為基礎(chǔ),結(jié)合三維重建的算法,提出一種過程化地形場景的實時建模與渲染的方法。同時,為了構(gòu)建天空場景,本文使用體渲染方法實時模擬過程化云朵,并將光柵化渲染方法和體渲染方法相結(jié)合,生成過程化自然場景。其次,依據(jù)攀援植物的植物模型和生長特性,本文提出了基于粒子系統(tǒng)的攀援植物的建模方法,并結(jié)合空間競爭和資源競爭的算法模擬攀援植物依附表面生長的過程;最后,本文將攀援植物的生長模擬算法應(yīng)用在通過過程化算法生成的自然場景中,探究基于過程化的自然場景下攀援植物的生長... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于分形的攀援植物生長模擬結(jié)果圖

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文6第二章論文相關(guān)理論基礎(chǔ)本章主要介紹基于過程化的自然場景下攀援植物的生長模擬算法的相關(guān)理論基礎(chǔ)，主要分為四個部分。第一部分介紹攀援植物的建模的相關(guān)理論，包括攀援植物的植物模型和生長特性以及基于粒子系統(tǒng)的攀援植物建模的相關(guān)理論；第二部分介紹基于空間和資源競爭的攀援植物生長模擬的相關(guān)理論；第三部分介紹過程化地形生成的相關(guān)理論，其中包括噪聲算法的理論基礎(chǔ)和三維重建算法的理論基礎(chǔ)；第四部分介紹過程化云朵生成與渲染的相關(guān)理論。2.1攀援植物的建模的相關(guān)理論2.1.1攀援植物的植物模型和生長特性攀援植物可以在不同層次的細(xì)節(jié)上建模，最常見的應(yīng)用于計算機(jī)圖形學(xué)的方法來自于生物學(xué)[21]，該方法是在模塊的級別上建模攀援植物，如圖2-1所示。一個模塊是一個基本單位，通常對應(yīng)于攀援植物的某個器官或一組器官。最重要的攀援植物模塊是芽(Bud)，它可以有兩種形式：頂芽和腋芽。頂芽位于枝干的末端，腋芽位于葉腋并與葉子構(gòu)成一個節(jié)點。其次是連接兩個芽之間的一段莖，稱為節(jié)間(Internode)。節(jié)間、葉子和芽共同構(gòu)成一個分枝(Branch)，最后構(gòu)成整個攀援植物。攀援植物的生長特性體現(xiàn)在：攀援植物在生長過程中，它的芽器官不僅會產(chǎn)生新的側(cè)枝，還有一部分會用于產(chǎn)生某種爪狀器官。這便使得攀援植物可以包圍附近的一些物體，從而表現(xiàn)為整個枝干緊貼著支撐物生長的特征。圖2-1攀援植物的植物模型圖

第二章論文相關(guān)理論基礎(chǔ)72.1.2基于粒子系統(tǒng)的攀援植物建�；诹Ｗ酉到y(tǒng)的攀援植物建模，簡而言之就是用許許多多的粒子表現(xiàn)整個攀援植物的組織結(jié)構(gòu)，并且用新的粒子的生成和舊的粒子的消亡的過程模擬表現(xiàn)攀援植物的生長和死亡。在此基礎(chǔ)上，攀援植物被模擬成能夠感知環(huán)境的帶方向的粒子系統(tǒng)。植物的各個模塊是由帶方向和向性的粒子組成的。每個粒子都由一個半徑確定的球體表示，并與一個局部坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。粒子在三維空間中移動，形成一條與枝干相對應(yīng)的路徑。這些粒子能夠形成頂芽，腋芽和節(jié)間，從而構(gòu)成帶有附著的葉子的分枝，分枝的末端即為頂芽，而新的分枝的產(chǎn)生是通過生成新的粒子實現(xiàn)的，新的粒子構(gòu)成側(cè)枝。攀援植物會往滿足生長需求的方向生長，為了模擬這一點，使用基于空間和資源競爭的方法模擬粒子的生成和消亡，最終得到一個由粒子組成的植物結(jié)構(gòu)。對于粒子所構(gòu)成的植物模塊的幾何表達(dá)，常用的方法是通過簡單的三維模型替代，也即用圓柱體表示節(jié)間，三角形表示葉子，球體表示芽等，粒子系統(tǒng)建模植物模塊的簡易圖如圖2-2所示。攀緣植物是依靠生成代表頂芽或側(cè)芽的粒子模擬生長的，這個方法并不會改變或拉長已經(jīng)生長的區(qū)域（節(jié)間），因為它們在支撐對象中是固定的。對于節(jié)間的這些部分可以通過增加它們的直徑模擬其生長的過程。圖2-2粒子系統(tǒng)建模攀援植物模塊簡易圖2.2基于空間和資源競爭的攀援植物生長模擬的相關(guān)理論基于空間和資源競爭的攀援植物生長模擬算法的基礎(chǔ)是二維空間競爭算法[22]。本


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