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《基于粒子系統(tǒng)交互式葉脈生成》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、基于粒子系統(tǒng)交互式葉脈生成摘要：葉脈是葉片真實(shí)感中不可缺少的部分，本文提出了一種基于粒子系統(tǒng)的葉脈模擬方法。首先用戶通過(guò)交互方式描繪葉片的輪廓及主葉脈和第二層葉脈，第三層以及更深層的葉脈由粒子系統(tǒng)生成；其次系統(tǒng)為每個(gè)葉片內(nèi)的柵格化點(diǎn)尋找最接近自己的吸引點(diǎn)(交互指定的葉脈)，并生成有向引力圖；在葉片輪廓內(nèi)隨機(jī)撒播粒子，粒子根據(jù)引力圖指定的方向移動(dòng)，通過(guò)不斷的與其他粒子合并生成葉脈。該方法能較好的模擬植物深層次的葉脈。關(guān)鍵詞：葉脈；交互式；粒子系統(tǒng)；引力圖中圖分類號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1弓丨言(Introduction)植物是自然界中最常見(jiàn)的
2、自然景物之一，是世界主題中不可缺少的一部分。隨著硬件和圖形技術(shù)的發(fā)展，植物的仿真模擬已經(jīng)應(yīng)用在許多方面，如游戲和電影等娛樂(lè)業(yè)，同樣人們也對(duì)這些虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感提出了很高的要求。在樹(shù)木和花卉建模中，葉片是不可缺少的部分，而現(xiàn)在對(duì)葉片的建模也就是采用紋理貼圖的技術(shù)，盡管可以通過(guò)拍攝高分辨率的圖片，犧牲寶貴的紋理內(nèi)存來(lái)提高逼著度，但還是不能勾勒出葉脈凹凸的形狀。粒子系統(tǒng)的應(yīng)用很廣泛，主要是用來(lái)模擬一些自然現(xiàn)象。粒子系統(tǒng)是由許多粒子組成，它們必須遵循一定的行為規(guī)范。具體的這些屬性和行為規(guī)范取決于你想要模擬的事物。每個(gè)粒子都有其屬性值用來(lái)區(qū)別于其他的粒子，一
3、般情況屬性值包括位置、速度、加速度、生命期。粒子系統(tǒng)的主要執(zhí)行步驟：在系統(tǒng)中產(chǎn)生一定數(shù)量的粒子并賦予每個(gè)粒子初始屬性值；以某種規(guī)則更改粒子屬性；銷(xiāo)毀超過(guò)生命期的粒子；不停地重復(fù)這些步驟。何亮等人通過(guò)研究粒子系統(tǒng)方法，提出粒子系統(tǒng)的雪景模擬算法結(jié)構(gòu)，結(jié)合OpenGL平臺(tái)，針對(duì)雪景其具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，得到雪景的動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果［1］。鄭紅波等人通過(guò)構(gòu)建土壤膠粒粒子系統(tǒng)算法，實(shí)現(xiàn)了土壤膠粒建模及其膠體快速凝聚動(dòng)態(tài)演化可視化，其仿真效果良好［2］。汪繼文等人提出了一種基于粒子系統(tǒng)的隕石爆炸模擬方法，并滿足了模擬隕石爆炸實(shí)時(shí)性和逼真性的要求［3］oYodth
4、ongRodkaew等人將粒子系統(tǒng)引入到植物的建模中，模擬了葉脈和樹(shù)木，但僅僅考慮與相鄰粒子和葉柄或者樹(shù)根之間的關(guān)系而沒(méi)有考慮主要葉脈的切線方向，整個(gè)粒子移動(dòng)的過(guò)程都有向下的吸引力，所以對(duì)于一些比較反常的結(jié)果很大程度上取決于隨機(jī)粒子的分散度［4］oBorisNeubert等人運(yùn)用粒子系統(tǒng)對(duì)樹(shù)木進(jìn)行建模，獲得真實(shí)感較強(qiáng)的結(jié)果［5］,本文將其中的方法引入到葉脈的生成中。目前在模擬葉脈方面研究人員較少，AdamRunions等人提出了一種生成葉脈的方法［6］,此方法能夠生成很好的結(jié)果，但是隨機(jī)過(guò)程占主要。葉脈具有遺傳性，所以要較為真實(shí)的模擬各種葉片中的葉
5、脈，目前必須得通過(guò)交互的方式生成明顯的葉脈，通過(guò)觀察我們發(fā)現(xiàn)主葉脈和第二層葉脈特別明顯，第三層以及更深層次的葉脈已經(jīng)不是很明顯。本文提出了一種生成葉脈的方法，在已有的葉片輪廓模型的基礎(chǔ)上用戶用鼠標(biāo)繪制幾條直線或者曲線來(lái)指定主葉脈和第二層葉脈，然后系統(tǒng)在葉片輪廓內(nèi)隨機(jī)撒粒子，粒子尋找最接近自己的吸引點(diǎn)(已有的葉脈)，并向該方向移動(dòng),通過(guò)不斷的與其他粒子合并生成深層葉脈。1葉片輪廓(Thebladeprofile)由于葉片的輪廓形狀很多，沒(méi)有什么規(guī)律可循，本文采用交互的方式指定輪廓，通過(guò)鼠標(biāo)描繪系統(tǒng)記錄軌跡點(diǎn)，并自動(dòng)地進(jìn)行簡(jiǎn)單的等間隔取點(diǎn)得到輪廓(圖1
6、、圖2),也可以用3DMAX等三維軟件生成OBJ格式文件，由系統(tǒng)自動(dòng)讀出。2葉脈生成(Veinformation)3.1葉片柵格化在葉脈生成前先確定葉片輪廓內(nèi)部的區(qū)域。關(guān)于區(qū)域生成的方法有很多種，比如可以給背景和葉片取相差較大的顏色，通過(guò)復(fù)制像素的內(nèi)容判斷內(nèi)部區(qū)域。本文采用的方法是將組成葉片輪廓的相鄰點(diǎn)和葉柄組成三角形扇，拼合每個(gè)多邊形區(qū)域就可得到葉片的區(qū)域（圖3）,這樣對(duì)于非凸多邊形葉片也可處理。對(duì)組成葉片輪廓的點(diǎn)，取最大的X和最小的X,以及最大的Y和最小的Y作為矩形邊界區(qū)域，以X軸平行線和Y軸平行線進(jìn)行柵格化并得到柵格化點(diǎn)（圖4）。3.2交互指
7、定主要葉脈通過(guò)鼠標(biāo)繪制主葉脈和第二層葉脈，截掉輪廓區(qū)域外部的信息，保留區(qū)域內(nèi)部的信息（圖5,近似垂直的為主葉脈,分布在左右兩側(cè)的為第二層葉脈）。3.3生成引力圖3.4生成隨機(jī)粒子在生成隨機(jī)粒子之前，先統(tǒng)計(jì)葉片區(qū)域內(nèi)的柵格化點(diǎn)的數(shù)量，記為sum,這樣可以給每個(gè)柵格點(diǎn)指定一個(gè)編號(hào)，要生成N個(gè)隨機(jī)粒子，只需要生成N個(gè)隨機(jī)數(shù)Ri,可以簡(jiǎn)單的做這樣的運(yùn)算R1%sum（其中％為取模運(yùn)算符）。在葉片輪廓內(nèi)部生成400個(gè)隨機(jī)粒子，如圖7所示。3.6改進(jìn)結(jié)果1結(jié)論（Conclusion）由于葉片和葉脈本身的無(wú)規(guī)律性，本文結(jié)合粒子系統(tǒng)采用交互操作模擬葉片中葉脈。進(jìn)一步
8、的工作是模擬葉脈對(duì)葉片外觀的影響以及葉片在四季中生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化。參考文獻(xiàn)（References）[1]何亮，巴力登?基于粒
