植物是自然景观的重要组成部分,其种类繁多,形态各异,结构复杂,并且具有很强的特征性。对自然界中植物形态及生长发育进行建模,已成为计算机图形学一个重要的应用研究领域。本文主要取得以下四个方面的研究成果。1.设计出一套植物形态建模系统,提出了植物的分枝生长空间(The BranchGrowth Field)和整体生长空间(The Plant Whole Growth Field),并据此将植物的分枝结构分两部分完成,首先采用迭代的方法生成若干不同的分枝,然后根据整体生长空间构造全局算法将不同的分枝组合成植物的整体分枝结构。用户可以通过系统提供的交互式界面,调整参数控制每一步的生成结果。在叶片建模过程中结合植物形态学知识,提供大量的叶片模型以及叶序排列模式,用户可选择相应的叶片模型,也可以根据需要添加新的叶片模型。实验结果表明,该系统操作简单方便,生成的植物真实感较强。2.根据植物形态学原理和图形学技术,对三维花卉进行建模。采用三角网格来构造花瓣和花叶的模型,采用多边形棱台构造花蕊和花枝模型。并根据植物学中花序和花瓣排列方式理论,构造花枝建模算法和花瓣建模算法。使系统不仅可以完成单层和双层花瓣的建模,也可以完成结构复杂的多层花瓣建模,并且真实感效果较好。3.自然景观由于自身结构的复杂,对其进行模拟具有一定的难度。为了解决该问题,本文将自然景观的模拟过程分步骤完成:植物建模、地形建模、植株分布和场景渲染。每一步骤相对独立又相互联系,利于在建模过程中动态修改,并且降低了整体构建的复杂度。在地形的生成中文中加入了分形噪声函数,并提出一个新的算法描述自然界中同类植物的集聚现象,并利用两个高效的交互式植物和地形编辑器,可以根据不同用户的需求,生成所需要的场景。为了提高实时渲染的速度,我们将计算机图形和图像技术结合起来,用户可以实时的漫游,真实感较强。4.将黄金分割理论引入植物建模中。植物的种类繁多,结构复杂,并在实际的生长过程中,根据周围的环境不断调整自身的形态结构,但还是可以从中发现大量和黄金分割有关的规律。通过对植物的分枝系统、叶序、花瓣以及果实的排列方式分析,找出形态上的黄金分割规律,利用计算机图形学技术,构造算法,完成不同种类植物以及花和果实的建模。在建模算法中不仅结合了大量的植物形态学规律,而且增加了随机控制参数,结果更加自然更具有真实感。并在实际观测中发现不同种类植物分叉角度、位置和叶裂角度都和黄金分割有关,丰富了原有的理论。