植物的生長(zhǎng)模擬歷來(lái)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重點(diǎn)研究問(wèn)題,攀援植物作為植物中的一個(gè)重要分支,具有依賴他物攀附生長(zhǎng)的特性,如何模擬其生長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)研究難點(diǎn)。自然場(chǎng)景下的攀援植物的生長(zhǎng)離不開(kāi)供以攀爬的地形,過(guò)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(chǎng)景與地形。因此,如何將基于過(guò)程化生成的地形場(chǎng)景與攀援植物的生長(zhǎng)模擬相結(jié)合,從而模擬攀援植物在多種多樣的地形場(chǎng)景下的生長(zhǎng)結(jié)果,是一個(gè)難題。本文以游戲自然場(chǎng)景的生成作為研究背景,探討用過(guò)程化方法實(shí)時(shí)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(chǎng)景,該研究具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(guò)程化地形場(chǎng)景的實(shí)時(shí)建模與渲染的方法。同時(shí),為了構(gòu)建天空?qǐng)鼍?本文使用體渲染方法實(shí)時(shí)模擬過(guò)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(guò)程化自然場(chǎng)景。其次,依據(jù)攀援植物的植物模型和生長(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)和資源競(jìng)爭(zhēng)的算法模擬攀援植物依附表面生長(zhǎng)的過(guò)程;最后,本文將攀援植物的生長(zhǎng)模擬算法應(yīng)用在通過(guò)過(guò)程化算法生成的自然場(chǎng)景中,探究基于過(guò)程化的自然場(chǎng)景下攀援植物的生長(zhǎng)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于分形的攀援植物生長(zhǎng)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(guò)程化的自然場(chǎng)景下攀援植物的生長(zhǎng)模擬算法的相關(guān)理論基礎(chǔ)，主要分為四個(gè)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(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)的攀援植物生長(zhǎng)模擬的相關(guān)理論；第三部分介紹過(guò)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(guò)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(zhǎng)特性攀援植物可以在不同層次的細(xì)節(jié)上建模，最常見(jiàn)的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方法來(lái)自于生物學(xué)[21]，該方法是在模塊的級(jí)別上建模攀援植物，如圖2-1所示。一個(gè)模塊是一個(gè)基本單位，通常對(duì)應(yīng)于攀援植物的某個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)。其次是連接兩個(gè)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(gè)分枝(Branch)，最后構(gòu)成整個(gè)攀援植物。攀援植物的生長(zhǎng)特性體現(xiàn)在：攀援植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，它的芽器官不僅會(huì)產(chǎn)生新的側(cè)枝，還有一部分會(huì)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(gè)枝干緊貼著支撐物生長(zhǎng)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)的攀援植物建模基于粒子系統(tǒng)的攀援植物建模，簡(jiǎn)而言之就是用許許多多的粒子表現(xiàn)整個(gè)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(guò)程模擬表現(xiàn)攀援植物的生長(zhǎng)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(gè)模塊是由帶方向和向性的粒子組成的。每個(gè)粒子都由一個(gè)半徑確定的球體表示，并與一個(gè)局部坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。粒子在三維空間中移動(dòng)，形成一條與枝干相對(duì)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(guò)生成新的粒子實(shí)現(xiàn)的，新的粒子構(gòu)成側(cè)枝。攀援植物會(huì)往滿足生長(zhǎng)需求的方向生長(zhǎng)，為了模擬這一點(diǎn)，使用基于空間和資源競(jìng)爭(zhēng)的方法模擬粒子的生成和消亡，最終得到一個(gè)由粒子組成的植物結(jié)構(gòu)。對(duì)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(guò)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(zhǎng)的，這個(gè)方法并不會(huì)改變或拉長(zhǎng)已經(jīng)生長(zhǎng)的區(qū)域（節(jié)間），因?yàn)樗鼈冊(cè)谥螌?duì)象中是固定的。對(duì)于節(jié)間的這些部分可以通過(guò)增加它們的直徑模擬其生長(zhǎng)的過(guò)程。圖2-2粒子系統(tǒng)建模攀援植物模塊簡(jiǎn)易圖2.2基于空間和資源競(jìng)爭(zhēng)的攀援植物生長(zhǎng)模擬的相關(guān)理論基于空間和資源競(jìng)爭(zhēng)的攀援植物生長(zhǎng)模擬算法的基礎(chǔ)是二維空間競(jìng)爭(zhēng)算法[22]。本


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