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1、第24卷第7期计算机仿真2007年7月文章编号:1006-9348(2007)07-0239-04基于L系统的树木模型参数化生成方法研究孙轶红,赵增慧(北京石油化工学院机械工程学院,北京102617)摘要:在构建虚拟场景时,树木是不可缺少的景物。传统的树木分形生成算法计算复杂、耗时长,不适于在构建实时动态的场景中使用。文中提出了一种在L系统分形算法基础上的树木模型参数化生成方法。该算法将树木模型先进行参数化处理,然后将分形计算产生的树木模型数据按层次储存起来,并根据视点与树模型的距离确定所需树木模型数据的层次,从而充分发挥了应用分形技术生成的树模型真实感强的优点,消除了分形计算耗
2、时长的缺陷,保证了树木生成的真实性和实时性。对分形生成过程中遇到的随机数生成周期性及相似性问题给也给出了解决方法。关键词:分形;参数化;虚拟场景中图分类号:TP391文献标识码:AResearchonConstructionofTreeBasedonL-SystemandParameterizationSUNYi-hong,ZHAOZeng-hui(CollegeofMechanicalEngineering,BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,China)ABSTRACT:Constructionoft
3、reebasedonconventionalfractalisaprocesswhichspendslotsoftime,soitisn’tsuitableforstructuringrealtimevirtualscene.Thispaperpresentsamethodforconstructingtreeinthenature.ThemethodisbasedonL-systemandseparatestreeintosomeparts,suchasleaf,boleandsoon.Theneachpartcanbedescribedassomeparameters.All
4、parameterscalculatedonfractalwillbestoredinthecomputer,andcanbepickedupaccordingtothedistancefromviewertothetree.Thismethodgivesfullplaytoadequatelyexertsthechar2acteristicthatusingfractalcangeneraterealistictreeandavoidwastingtimeduetocalculatinginfractal.Alsoasolu2tiontoperiodicityandcompar
5、abilityofrandomdatageneration,whichalwayshappenduringfractalcalculation,isgiven.KEYWORDS:Fractal;Parameterized;Virtualscene1引言L系统是由美国生物学家AristidLindenmayer于1968年树木是自然界中常见的一类植物,由于其具有形状不规提出,后由Smith为模拟植物而将其引入计算机图形学的。则、结构特征强、长势千姿百态的特点,因此对其进行模拟和L系统是一个串复写系统,它通过产生一系列字符串来造型就比较困难。而在构建虚拟场景时,树木又几乎是不可构造树
6、模型。这些字符串的构造是在设定描述树模型初始缺少的景物。由于树木包含有丰富的细节和具有随机变化状态字符串基础上,按照一定的替换规则对初始状态字符串的形状,因此通常采用分形的方法来表现是最具有真实感效中的每一个字符进行替换,产生新一代的字符串。并按照规果的。但是传统的分形算法计算复杂、耗时长,不适于在构定的循环次数,重复这一替换过程以产生描述树模型的最终建实时动态的场景中使用,从而使该算法的应用受到了限字符串。制。概括来说,L系统是用一个三元式来表示所需构造的树本文在对树木分形算法进行分析的基础上,提出了基于模型,即L系统的树木模型参数化生成方法,该算法减少了计算及生L=7、P>成时间,加快了实时生成速度。其中,V是一个字符集,由字母及特定符号组成。W是V中字符所描述的树模型的初始状态,P是树木生长的规则集。2L系统3基于L系统的树木模型参化生成3.1基于L系统的树木模型收稿日期:2006-07-11修回日期:2006-12-05由于L系统是字符串复写系统,如果我们把字符串解释—239—成图元,那么只要能生成字符串,就能生成图形。在生成树模型时,如果为不同字符赋与不同图形,则可生成不同形态的树。按照L系统的定义方式,本文中基于L系统生成的树木模型可描
