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过程建模技术中若干问题的研究

郭武  
【摘要】: 可交互性、沉浸感和想象力一直是虚拟现实系统所追求的目标,而真实感和实时性是系统构建中的一对矛盾。其中最费时的一个环节是虚拟环境中几何造型的创建。过程建模技术作为建模工具中最具灵活性的技术,在计算机图形学领域中不仅创建了许多自然的纹理、特效的模拟,而且还生成了较为复杂的自然模型,包括树木和建筑等。本文在对其几何造型及其控制等过程建模技术研究的基础上,针对其中的一些关键技术和理论方法作了如下4个方面的工作: (1)提出了一种结合基于物理和基于过程两种方法的动态植物建模方法。根据阔叶植物的自然属性,利用植物的茎枝和叶片结构的相似性,采用了具有厚度信息的3D叶片建模方法,并通过叶片平行脉位置方向的弹性约束关系来有效控制叶片在风力作用下的动态仿真效果。克服了以往植物建模工作的缺陷:主要集中在对植物器官静态结构的仿真,而通常会忽略树叶或花瓣的厚度信息。 (2)提出一种基于动态贝叶斯网络(DBN)的植物生长建模方法。利用DBN对不确定预测问题较强的描述能力,分析后生成虚拟植物生理生态的网络模型,通过组件接口控制其形态发生模型。由参数L系统和时变L系统结合构成的形态发生模型保证了盆景植物连续的生长特性。既能真实的反映盆景植物的生长变化,又能逼真的模拟其外部形态。 (3)提出一种基于图像特征的建筑过程建模方法。预先建立古塔L系统组件模型库及组件特征库,通过对原始图像的特征点提取获得鉴别能力强的局部区域用于组件特征识别,应用基于多尺度奇异值特征的PSO分类器对特征组件向量加以分类,最后利用装配语法的控制实现快速创建逼真的虚拟古塔3D模型。 (4)面向几何造型中安全问题,提出了一种基于图像局部特征与图像几何正则性的鲁棒数字水印算法。采取的主要方法有:1)利用图像中的局部最稳定特征点生成具有几何不变性的局部特征区域;2)在局部特征分块中快速寻找最佳几何流方向,近似最佳逼近效果。3)设计了一种正交向量盲提取水印。实验结果表明该算法能获得很高的图像质量,且具有较强的抗攻击能力,能有效地对传输中的几何造型图像加以保护。


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