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基于分形的自然场景模拟

作　者: 沙婵娟
导　师: 孙萍
学　校: 贵州师范大学
专　业: 计算数学
关键词: 分形 L-系统 IFS 粒子系统 OpenGL
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 127次
引　用: 4次
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内容摘要

模拟自然景物是计算机图形学中研究的一个重要课题。自然景物在外形上的随机性和不规则性难以用传统的方法加以描述。70年代B.Mandelbort提出分形概念后,其作为一门新兴的交叉学科,受到非线性学术界的广泛重视。分形理论主要描述自然界和非线性系统中不光滑和不规则的几何形体。所以起伏的山脉、飘浮的云彩、形态各异的植物等自然界中的各种景观是分形的主要描述对象,并且与我们的生活息息相关。虽然自然界中的植物种类繁多,形态千差万别,却大都具有自我相似,自我繁殖的分形特征。近年来,随着分形学的研究和发展,自然场景模拟已成为人们研究的热点问题。目前,基于分形理论的植物模拟方法主要有L-系统,IFS(迭代函数系统)、粒子系统和DLA模型等。本文分两部分应用分形理论对下雪场景中树木及相关的变化做了研究。首先介绍了在植物模拟方面较流行的L-系统和IFS(迭代函数系统),并对L-系统和IFS(迭代函数系统)的实现算法进行了研究,将两者结合并进行了改进,使得算法的实现更加简单并且能更形象的描绘自然景物;其次,将粒子系统和纹理映射这两种方法应用到场景模拟当中,有效地增强了景色绘制的实时性和逼真度,形成了较为真切的下雪场景;最后,通过调节粒子的各个参数,形象的显示了雪花在仿真地面上由薄变厚逐渐堆积的情景。本文采用标准图形软件接口OpenGL和支持可视化编程的集成开发环境VC实现了基于改进的系统和系统方法的植物静态模拟,并且利用纹理映射和随即白噪声的加入,生动的描绘了自然场景中的降雪和积雪的过程。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-15
  1.1 分形的基本概念  7-11
  1.2 课题的研究背景及其意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-13
  1.4 本文研究的目的和研究的主要内容  13-15
第二章 OpengL和纹理映射的简介  15-21
  2.1 OpenGL的功能  15-16
  2.2 OpenGL工作方式及其特点  16-17
  2.3 OpenGL工作硬件环境要求  17-19
  2.4 纹理映射简介  19-21
    2.4.1 纹理映射概念及其分类  19
    2.4.2 纹理映射技术和基本原理  19-20
    2.4.3 OpenGL纹理映射的实现  20-21
第三章 L-系统和IFS  21-42
  3.1 L-系统  21-28
    3.1.1 L-系统的基本原理  21-23
    3.1.2 L-系统的几何解释  23-27
    3.1.3 L-系统的算法设计  27-28
  3.2 迭代函数系统(IFS)  28-42
    3.2.1 IFS的基本原理  28-34
    3.2.2 IFS参数的确定  34-35
    3.2.3 IFS在森林环境生成中的应用  35-42
第四章自然场景模拟  42-57
  4.1 基于L系统和IFS的植物模拟  42-46
    4.1.1 L系统与IFS的特点分析  42-43
    4.1.2 L系统与IFS融合的植物模拟方法  43-45
    4.1.3 L系统的改进  45-46
  4.2 粒子系统  46-48
    4.2.1 粒子系统的基本原理  46-47
    4.2.2 粒子运动模型  47
    4.2.3 粒子系统的实现步骤  47-48
  4.3 基于OpenGL的下雪模拟  48-53
    4.3.1 设计的基本思想  48
    4.3.2 采用OpenGL融合技术生成雪粒子  48-50
    4.3.2 实现过程  50-53
  4.4 积雪模拟的算法设计和实现效果  53-57
第五章结束语  57-59
  5.1 结论  57
  5.2 研究展望  57-59
参考文献  59-61
附录一:相应代码及实验结果  61-71
附录二:研究生期间学习及科研成果  71-72
致谢  72-73

基于分形的自然场景模拟

内容摘要

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