基于l系统三维树木枝条弯曲和运动模拟算法的研究

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1、燕山大学硕士学位论文基于L系统的三维树木枝条弯曲与运动模拟算法的研究姓名：林琢申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：吕梦雅20070301摘要不规则物体建模是计算机图形学应用的前沿课题，其发展使计算机生成更为逼真的虚拟世界得以实现。自然界中遍布着千姿百态的植物，作为不规则物体建模领域的一个分支，植物模拟技术多年来一直被众多的科学家所关注。植物具有复杂的三维结构，生长过程也受到多种因素的影响，因此对其形态和运动进行模拟具有一定的难度和挑战性。首先，改进了枝条弯曲形态模拟算法，将材料力学中的弹性杆件模型的受力分析方法应用于基于L系统的枝条弯曲模拟算法中，通过分析重力与趋向性对于枝条形

2、状的影响，实现了在重力与趋向性共同作用下植物枝条弯曲形状的模拟。然后，在分析树木技条力学模型的基础上，对枝条的动力学模型进行研究；表述了作用于枝条上的阵风风力、轴向衰减力以及复原力，将上述三种力相结合，构建一个更为复杂的风场模型，采用近似计算法对树木枝条的运动进行动力学公式的计算，模拟枝条的运动。最后，对改进的枝条弯曲模拟算法和基于改进风场模型的枝条运动算法进行实现。在设计松树L系统代码的基础上，将枝条弯曲模拟算法作用于其上，模拟了枝条弯曲自然的松树形态。将改进的风场模型作用于树木枝条，运用vc++结合OpenGL模拟出在更为完备和复杂的风场模型作用下树木枝条的运动效果。通过对已有的枝条弯曲

3、形态模拟算法和风场模型的改进，实现了更为逼真的树木枝条形状和其在风中的运动效果。关键词植物模拟；L系统；枝条弯曲模拟；枝条动力学模型；风场模型燕山大学工学硕士学位论文AbstractModelingirregularfuzzyobjectsisoneofthemostchallengingproblemsincomputergraphics．Thedevelopmentofmodelingfuzzyobjectsmadevirtualscenesmoreactual．Variousplantsspreadallovertheworld．Asabranchofmodelingforirregu

4、larobject，plantssimulationattractsmanyscientists’attention．Plantshavecomplicatedthree·dimensionalstructure,andmanyfactorsaffectthegrowthofplants．Thesimulationforshapeandmovementofplantsisverydifficultandchallengingconsequently．Firstly,simulationforbendingbrancheswasimproved．11伦methodofmechanismmode

5、lofelasticrodWasappliedinthealgrithmofsimulationforbendingbranchesbasedonL—system．Throughanalyzingtropismandgravity,ouralgorithmsimulatedbendingshapeofbranches鹪aresultoftropismandgravity．Secondly,thedynamicmodeloftreesWasstudiedthroughanalyzingmechanismmodelofbranches；neflurryforce．axialdampingforc

6、eandrestorationforcewereexpressed．Theseforcesmentionedbeforemadeupofamoreperfectwindfield．TheapproximatenumerationWasusedtocalculatethemovementofbranchesbasedondynamicformula,thenthemovementofbrancheswassimulated．Finally,theimprovedalgrithmaboutsimulationofbendingbranchesandthealgrithmaboutmovememo

7、fbranchesbasedonimprovedwindfieldwereimplemented．L-systemcodeofpinesweredesignedandcombinedwithimprovedalgrithmaboutsimulationofbendhlgbranches．nethree·dimensionalmodelofpinesWasachieved．Theimprovedwindfiel