基于卷积曲面的三维树木建模

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在三维场景的建模中,必不可少的当然是树木。然而树木由于自身的复杂性,并不像汽车、房屋一样便于绘制。如何使用计算机语言快速、简便、逼真地绘制出一颗树木,一直是计算机图形工作者研究的目标。经过多年的研究,已经有多种方法进行树木建模,但是用于绘制树木的曲面技术只有两种,一种是参数曲面,一种是隐式曲面,一般树木建模只是单独使用一种曲面技术。参数曲面的优点是易控制、易绘制,计算量小,缺点是连接的不连续性导致连接处不光滑。隐式曲面虽然难以绘制,但可以解决参数曲面连接处不连续的问题。可以说隐式曲面和参数曲面形成较好的互补作用。本文提出一种新的绘制三维树木的方法,结合两种曲面进行树木建模。首先将树木分为树干、树枝、树叶。树干粗壮,能反应出树木的具体特征。树枝与树叶一般比较茂密,数量多,树叶会遮挡着树枝。因此,当人们观察一颗树木的时候,主要会观察树叶与树干。因此可以使用隐式曲面绘制树干,解决了连接处的不连续性,并且可以观察到树干的细节。使用参数曲面绘制树枝,计算量小,可以绘制出枝繁叶茂的景象。本文提出一种新的L系统方法——分段L系统,使用分段L系统来结合通过隐式曲面绘制的树干与参数曲面绘制的树枝。最后使用基于GPU的着色语言GLSL,将绘制方法通过GPU实现,改进了传统基于CPU的绘制算法,提高绘制速度,增强了图形逼真度。实验证明,使用本文的方法,能完整建立三维树木模型,并且拥有良好的视觉效果。
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