[发明专利]一种通过二维树冠轮廓生成三维树木的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过计算机生成自然界三维真实感树木的新方法，其特征是：只需要用户通过鼠标输入一个树木的二维树冠轮廓，然后利用本发明中的方法生成相应树冠形态的三维树木，生成速度快，适合各种由计算机生成的大规模场景中树木的三维建模，例如游戏娱乐、虚拟场景、战场等领域。

背景技术

目前，三维真实感树木的绘制方法主要有参数法，基于图像的树木绘制和基于草图的树木建模等。Oppenheimer利用分形算法来进行树的建模[1], 缺点是：在建模的过程中,需要输入较多的参数，如设置树枝间的夹角、树枝与树主干的大小比例、树主干的锥形比率、弯曲度、树枝分叉位置等参数，但是最终生成的树木在形态上也具有随机性，树形不可完全控制。Reeves和Blau提出利用粒子系统来对树和草进行建模[2]，他们重点在于强调树林总体的环境而不是去关注单棵树的结构细节。De Reffye等人提出严格按照树木本身的特征规律来进行建模[3],并在模拟树生长方面取得了较好的效果,缺点是：要实现对树的建模必须具有对数和树模型相当多的知识和了解才能实现真实自然树的建模。 Weber和Penn使用了几何规则来实现树的建模[4],其重点在于实现整棵树的几何结构。Reche-Martinez等，Neubert提出基于图像的树建模方法[5，6]， 虽然非常精确但很复杂。Okabe等人提出了基于草图的树的建模[7]，但是Okabe的方法要求用户给出树枝的结构。 Wither等人提出了通过绘制二维的树的边缘轮廓,根据轮廓生成三维几何树的草图建模树的新方法[8] ,取得了比较好的效果，但是所生成树木的细节太多，不适合在大规模场景中使用。

在各种大规模场景的构造中，用户关心的是加入其中的树木的整体形态，需要根据场景设计的需要加入特定形态、绘制速度快的树木，而不必要去关注树冠内部枝条生成的细节。本发明就是适合大规模场景中树木构造的方法，能够生成形态可控，细节较少，输入简单的三维真实感树木。

[1] Oppenheimer P.Real time design and animation of fractal plants and trees [ J]. Computer Graphics (SIGGRAPH’86 Conf.Proc.),1986,20:55-64

[2] Reeves W,Blau R.Approximate and probabilistic algorithms for shading and rendering structured particle systems [J].Computer Graphics(SIGGRAPH’85 Conf.Proc.),1985,19:313-322 

[3] De Reffye P,Edelin C,Francon J,et al.Plant models faithful to botanical structure and development [J]. omputer Graphics(SIGGRAPH’88 Conf.Proc.),1988,22:151-158

[4] Weber J,Penn J.Creation and rendering of realistic trees [J].Proceedings of SIGGRAPH’95,1995:119-128

[5] Reche-Martinez A, Martin I, Drettakis G. Volumetric recon-struction and interactive rendering of trees from hotographs[J]. ACM Trans. on Graphics(Proceedings of SIGGRAPH’04),2004,23(3):720-727

[6] Neubert B,Franken T,Deussen O. Approximate image-based tree modeling using particle flows [J].ACM Transactions on Graphics(Proceedings of SIGGRAPH’07),2007,26(3):88