虚拟自然场景一直是图形学研究领域中一个富有挑战性的课题。树木是自然场景的重要组成部分,其模拟算法的研究得到了广泛的重视。树木的形态复杂且种类繁多,其造型、存储及绘制都存在相当的难度。 根据应用目的不同,树木生长模拟技术可分为两大类:以农林业应用为目的和以非农林业应用为目的的模型。两者在建模原理和仿真结果的真实性要求上有着很大差别。前者遵循树木的生态生理原理;后者追求基于视觉效果的真实性。 论文的研究属于第二类。在对已有的树木模拟算法进行分析和研究的基础上,探讨出一种基于三维分枝模型的改进算法。该算法首先将树木的结构分为三个层次:树干树枝和树叶,利用树木的自相似原理,建立树木的层次模型:然后将光照和重力对树木形态的影响加入模型中,通过设置受光照和重力影响树枝偏转的角度,实现树木的趋光与屈地的特性:算法再利用随机繁衍L系统的分枝算法,通过设置分枝产生式以控制树木的分枝。为了体现树木的顶端优势,加入了侧枝控制参数;最后,在模型绘制时,利用LOD原理,按照树木到观察者距离的不同,设置相应的模型复杂度,提高了树木的绘制效率。 论文实现了基于上述算法的原型系统。实验结果表明,采用以上改进算法建立的树木模型,能较好地反映树木的空间特性,并且可以体现出树木的趋光性、屈地性及顶端优势等特征,具有较高的真实感。