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基于隐式曲面的三维树木建模及其可视化

温维亮  
【摘要】: 三维树木建模是计算机图形学领域的重要研究课题之一。传统的三维树木枝条建模方法一般是利用三维空间中的线骨架生成广义圆柱,但是这种方法在枝条拼接处会出现不连续的曲面拼接。在树木细节方面,传统方法一般是利用纹理映射的方法在三维模型的表面上增加树皮的细节特征,但这种方法仅仅达到了视觉效果,而没有真正实现树木表面特征的三维细节建模。因此,如何构造可以光滑拼接的三维树木枝条模型以及具有真实感的树木细节三维模型都是树木建模中需要深入研究的问题。已有的研究表明,隐式曲面是构造具有分枝结构的体几何造型的有效方法,本文拟利用隐式曲面对树木进行三维建模,并研究现实世界中的枝条交叉处光滑融合、树木脊梁、枝条修剪及突起等形态特征的有效表示方法,以及实现三维树木模型的可视化。 具体地,本文中树木枝条曲面的造型方法是将基于骨架的隐式曲面与具有多项式密度分布的直线骨架卷积曲面相结合,同时应用两种曲面增加了枝条的多样性。在建模过程中,采用优化融合方法来消除两种曲面结合而出现的融合突起。在树木表面细节特征建模方面,本文将PCM技术引入到具有多项式密度分布的直线骨架卷积曲面,并证实了该技术同样适用于两种曲面之间的脊梁生成;同时利用两种曲面融合来产生折痕效果;而对于树木枝条修剪后形成的形态特征,本文采用了两种隐式曲面求差的方法。由于具有多项式密度分布的直线骨架卷积曲面的枝条顶部具有与树木突起类似的构造,本文在模拟树木突起时采用小直线骨架模拟树木突起。此外,在模型的可视化方面,本文采用隐式曲面的快速多边形化算法。实验结果表明,本文方法在增加了三维树木建模枝条多样性的同时,又实现了树木表面细节形态特征的真实感建模。


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