面向移動終端的三維植物模型簡化與重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、近年來，以智能手機(jī)、平板電腦等為典型代表的移動設(shè)備得到迅速普及，其使用數(shù)量已經(jīng)超出傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，預(yù)計(jì)在不久的將來其將獲得比傳統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)更加廣泛的應(yīng)用空間。面向資源受限的移動設(shè)備的各種三維應(yīng)用場景也在日益增多，如三維游戲、虛擬展示、電影特技、定位服務(wù)、動畫和廣告等。樹木不僅在現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中隨處可見，而且是自然界不可缺少的一種植物類型，在一定程度上會對虛擬三維自然場景的沉浸感和逼真度產(chǎn)生重要影響。由于自然界中樹木的形態(tài)各異、種類繁多、

2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，若想構(gòu)建出視覺效果逼真的三維樹木模型，其建模過程非常繁瑣且十分耗時(shí)。同時(shí)，由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時(shí)和擁塞等網(wǎng)絡(luò)因素和移動終端硬件條件等因素的限制，嚴(yán)重影響了三維植物模型在移動終端應(yīng)用中交互操作的實(shí)時(shí)性。針對上述問題，
　　本文著重以三維植物模型中的樹木模型為研究對象，開展面向移動終端的三維植物模型簡化與重構(gòu)技術(shù)研究。本文根據(jù)三維樹木模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對模型的樹枝和樹冠部分進(jìn)行簡化，并在簡化模型的基礎(chǔ)上開展基于

3、骨架個(gè)性化編輯的模型構(gòu)建方法研究，主要工作和成果如下:
　　(1)針對三維樹木模型點(diǎn)和面的幾何信息數(shù)據(jù)量大的問題，本文采用保持視覺重要度的總體模型簡化策略。在該簡化方法中，首先，將整體樹木模型分成相互獨(dú)立的枝干部分和樹冠部分，并分別對兩部分進(jìn)行獨(dú)立簡化;然后，為了保留樹木模型的視覺感知特性，本文結(jié)合模型視覺重要區(qū)域?qū)δＰ筒捎貌煌燃壍暮喕呗?。這樣既有效地簡化了樹木模型，加快了模型網(wǎng)絡(luò)傳輸效率和渲染速度，又保持了樹木模型原始視覺感

4、知效果。
　　(2)枝干是三維樹木模型的重要組成部分，同時(shí)也是影響模型整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵因素。因此，本文采用一種結(jié)合距離變換和形狀分解的三維樹木枝干模型簡化方法。然后，利用基于圓臺、梯形平面和插值的模型重構(gòu)方法進(jìn)行樹木枝干模型重構(gòu)。本文采用的方法不僅能夠很好地提取原始樹木模型的骨架結(jié)構(gòu)，而且模型重構(gòu)方法能夠較好地還原樹木的幾何形態(tài)。因此，該方法能夠有效地簡化原始樹木枝干面片信息，并且能夠快速重構(gòu)樹木枝干模型。
　　(3)

5、為了進(jìn)一步簡化三維樹木模型的網(wǎng)格數(shù)量，減小模型網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間和渲染時(shí)間，本文提出一種基于凸包紋理模板貼圖的三維樹木樹冠模型簡化與重構(gòu)方法。該方法通過樹冠的凸包來表示樹冠的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在已有的紋理模板庫中尋找符合標(biāo)準(zhǔn)的枝葉模板進(jìn)行填充，然后根據(jù)凸包所形成的幾何空間重構(gòu)三維模型的樹冠，從而達(dá)到對樹冠部分的幾何信息簡化的目的。
　　(4)為了能夠快速且多樣化地構(gòu)建面向移動終端的三維樹木模型，本文提出一種支持骨架個(gè)性化編輯的樹木模型構(gòu)建

6、方法。其本質(zhì)是在簡化的樹木模型骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過人機(jī)交互個(gè)性化編輯樹木模型骨架細(xì)節(jié)，使其形成具有全新骨架結(jié)構(gòu)的樹木模型。利用樹木模型重構(gòu)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)三維樹木模型的快速構(gòu)建。通過實(shí)驗(yàn)表明，該方法能夠快速建模同一品種樹木不同表現(xiàn)形態(tài)的簡化模型。
　　(5)為了驗(yàn)證本文提出的模型簡化和個(gè)性化編輯方法的有效性，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了三維樹木模型簡化和個(gè)性化編輯系統(tǒng)。樹木模型簡化和個(gè)性化編輯功能由系統(tǒng)交互層的PC端實(shí)現(xiàn)，將原始模型簡化和交互