[发明专利]虚拟园林植被景观交互式设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及现代农业技术和园林景观规划，具体涉及一种基于虚拟植物的虚拟园林景观交互式设计的方法，以真三维直观的形式预展示将来建设的效果，可充分利用人类视觉审美功能，分析对比不同情境，提高园林植被景观设计的合理性和艺术性。

背景技术

园林景观规划设计是指在一定地域范围内，通过多方面的园林艺术和工程技术手段，以及地形改造、植被种植、建筑营造和园林道路布置等途径，创建一个环境优美、生活游憩的居住场所。通过景观设计，可预先分析和评价园林周边环境日常使用和美学欣赏双重价值功能、保持生态的可持续性发展的综合指标（郑淮兵，2004），使园林建设有的放矢。园林景观要素一般可划分为两大类：一类是软质景观，另一类是硬质景观。软质景观一般是指自然界的物质，包括植被、水体、天空、风雨等；硬质景观通常是指人造的物质，包括建筑物、构筑物、地面铺设物、道路、园林中坐凳、花絮、雕塑、健身器材等小品。园林绿化植被、建筑物、道路是园林景观的基本组成要素。园林绿化植被具有美化环境，净化空气的功效。园林景观要素的复杂度，决定了园林景观规划设计的复杂性，规划设计者需要整体性地考虑多方要素对园林景观的影响。传统园林景观规划设计方法，首先进行的是二维平面设计，然后采用三维渲染技术生成景观效果图。这种方法在视觉上能够满足一定的要求，但只能从某一侧面大致展示虚拟园林景观规划设计，无法全方位、多角度、直观地审视和评价景观效果，这样容易造成建设者对规划设计方案理解不透彻，导致规划方案与建设要求不统一。特别是绿化植物大部分采用Billboard布告牌技术，从侧面看，三维场景的视觉效果不错；但是从上府视三维场景时，植物只成了一条线。伴随着计算机软硬件、计算机图形图像技术、虚拟现实技术、虚拟植物技术的快速发展及其应用领域的不断扩大，以及面对现代园林景观规划的新需求，迫切需要园林景观规划三维交互式设计平台，为规划者提供“所见即所得”的辅助工具。通过三维图形显示与渲染技术，直观地展示规划设计方案，为政府相关工作者提供决策，为园林景观规划设计者提供规划设计技术支持；通过三维交互式规划设计，为大众提供任意角度、实时互动、真实地察看设计效果，身临其境地掌握周围环境和理解设计师的设计意图，为未来城市与园林的设计提供科学地、合理地解决方案，将突破传统园林景观规划设计的技术瓶颈。

虚拟植物可为绿化植物建模提供技术支撑。随着虚拟植物研究的不断深入，人们在这个领域也已经取得了一定程度的进展。先后涌现出了多款虚拟植物建模工具，国内外主要有AMAP、Xfrog、SpeedTree、PlantStudio、Vlab/L-Studio、OntoPlant等。这些建模工具软件可推广于农林业、景观设计、计算机动画、三维游戏等领域，具有实时的、精细的、真实的建模性能，是非常优秀的植物建模工具。ParaTree是福建省空间信息工程研究中心自主开发的OntoPlant系列软件的单树建模软件。它是一款面向专业用户和普通用户使用的全参数化单树几何建模工具。系统可参数化、交互式地定制不同树种、年龄、物候阶段、形态结构的真实感单株植物三维模型。其主要功能有：（1）单株木建模。用户可根据特定植物的形态结构特征，通过交互地设置、调整主干（树高、胸径、半径变化、分节数、树干纹理等）、枝条（着枝角度、各节枝条的起始半径、半径变化、枝条长度等）和叶（叶的大小、分布频率、叶距、叶序、纹理等）的参数，形成满足用户需求的模型。形成的植物三维模型具有较强的真实感，同时符合植物的形态结构特征。（2）模型整型修剪。用户可通过约束规则、交互拾取某枝条（或枝段）和采用曲面约束的整型修剪三种方式对模型进行整型修剪。（3）物候变化和生长过程模拟。用户可通过编辑树叶纹理对植物的宏观物候现象，如抽枝、开花、坐果、果实成熟等进行模拟或仿真。也可根据特定植物的生长发育特点，通过改变其所处的生长阶段，来模拟植物生长发育过程，形象表达植物生长发育。（4）可视化交互。 系统能够提供友好的人机交互界面，树木参数调整通过“即见即所得”的方式进行。功能包括模型查看、渲染模式切换、背景设置、单株基本参数设置等。用户可以通过鼠标和键盘实现模型的平移、旋转、缩放等浏览方式，可以采用不同的天空、地面纹理渲染三维可视区域背景以及查看树木的拓扑形态和几何形态统计数据。采用层次结构图形象表示植物形态结构的拓扑结构。