基于迭代函數系統(tǒng)的植物仿真建模研究.pdf

1、自然景物的計算機模擬是計算機圖形學中研究的一個重要課題。自然景物在外形上的隨機性和不規(guī)則性難以用傳統(tǒng)的方法加以描述。自分形概念創(chuàng)立后，其作為一門新興的交叉學科，受到非線性學術界的廣泛重視。分形為探討自然界復雜事物的客觀規(guī)律及其內在聯(lián)系提供了新的概念和方法，在自然景觀的模擬特別是植物的模擬中，分形技術展現了其獨特的優(yōu)勢，成為當今時代研究者們的熱點之一。 利用分形技術進行植物模擬實際上是利用植物自身結構的分形特征生成植物圖形。當前，

2、分形植物模擬的方法有很多種如迭代函數系統(tǒng)(Iterated FunctionSystem，IFS)、L-系統(tǒng)、受限擴散凝聚(DiffusionLimited Aggregation，DLA)模型和粒子系統(tǒng)等。本文主要研究迭代函數系統(tǒng)IFS方法，該方法可以由一個數學系統(tǒng)去解析地構造、研究一大類人為的或自然的具有自相似結構的對象，是科學研究的一種非常有效的簡化事物的方法。 本文首先介紹了IFS的基本原理、重要概念以及用IFS迭代生成

3、分形圖的兩種算法：確定性迭代算法和隨機迭代算法，為進一步利用IFS模擬植物奠定理論基礎。本文的研究工作主要有以下兩個方面： 二維IFS植物建模。在本部分的研究中，主要針對二維IFS碼的獲取方法及陰影繪制技術兩方面的內容。首先分析比較已有的獲取二維IFS碼的方法如傳統(tǒng)拼貼方法、三點法和三角形法。在此基礎上，提出矩形框法并得到若干種植物的IFS碼及其所對應的效果圖。矩形框法是在原圖上畫出拼貼方式的示意圖，在示意圖上對原圖及其每一個小

4、“拷貝”用矩形框先進行約束然后再取點。此方法在取點和選取拼貼方式兩個方面都做了一定的改進；然后，分析了已有的二維IFS模擬植物的陰影繪制技術，并且對已有的陰影繪制方法作了改進，通過對象素點進行線性變換，消除了在繪制過程中樹影偏離樹體的現象。 三維IFS植物建模。首先闡述3D-IFS植物建模的理論基礎，分析總結前人研究成果，在此基礎上提出了分別針對合軸分枝和單軸分枝樹木的3D-IFS碼確定算法。另外，在3-D IFS樹木建模的基礎

5、上，通過定義著色變量corlor和著色函數f(X)，給出了一種基于3-DIFS的樹木著色方法。該方法首先根據生成樹體各部分的仿射變換不同，確定樹體各部分的基本顏色。然后根據樹木3-DIFS建模時各參數在影響樹木著色中所起的作用及影響程度，得到對樹體各部分的差異顏色值，再綜合確定樹體各部分的顏色。該方法不僅能體現樹體不同部分顏色的差別，消除了平板色塊現象，而且綜合考慮了建模中的各參數對樹木顏色的影響程度，細致的表現了樹體某一部分內部的顏色