[发明专利]支持骨架个性化编辑的轻量化三维树木模型构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学的轻量化三维树木模型构建方法。

背景技术

三维场景的构建和快速渲染已经成为计算机图形学研究的一个重要研究领域。树木不仅在现实生活环境中随处可见，而且是自然界不可缺少的一种植物类型，同样在虚拟三维场景中也扮演着重要的角色，例如：三维动漫、三维网络游戏、电影特效、园林设计、城市规划和军事模拟等领域。三维树木模型是影响虚拟环境沉浸感和逼真度的重要因素。缺少树木的三维场景将会变得黯然失色，同样在场景中使用逼真的、形态各异的三维树木模型能够大大提高场景的逼真度和真实感，增强用户的视觉感知效果，给人以一种身临其境的感觉。

由于自然界中树木的形态各异、种类繁多、拓扑结构十分复杂，若想构建出视觉效果逼真的三维树木模型，其建模过程非常繁琐且十分耗时。在对不同表现形态的三维树木模型有大量需求的应用领域，如：园林设计、城市规划场等，建模的过程将占据大量的工作时间。同时，利用现存的建模方法构建的三维树木模型，其包含的信息、数据量也非常庞大，这不仅增加了应用系统的存储空间，还加大了三维场景的渲染时间和网络化应用中的模型传输时间。此外，由于当前网络带宽、延时和拥塞等网络因素和移动终端硬件条件的限制，严重影响了三维植物模型在移动终端应用同步操作的实时性。因此，如何能够快速且多样化地构建面向移动终端的三维树木模型，降低三维树木建模的时间开销，已经成为计算机图形学研究中的一个重要研究课题。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种能够快速且多样化地构建面向移动终端的三维树木模型。

本发明所述的支持骨架个性化编辑的轻量化三维树木模型构建方法，包括下列步骤：

步骤一，从三维树木模型的三角网格数据中获取树木枝干的顶点信息，将枝干部分划分成若干个拓扑结构简单的子树枝，以子树枝为基本处理单元进行骨架提取，并整合所有子树枝的骨架形成完整的树木模型骨架结构；树木枝干模型的骨架提取过程包括以下五个分步骤：

1.1从模型文件中获取树木枝干的顶点信息，包括顶点编号，顶点三维坐标x、y、z的值；

1.2根据树木枝干的顶点信息，建立一个枝干的带权n阶无向连通图G；根据组成每个平面图元的顶点信息可以得到无向连通图G的边(v,v')；每条边的权值就是构成这条边的两个顶点(x_a,y_a,z_a)和(x_b,y_b,z_b)间的欧式距离d，如公式(1)。

d=(xa-xb)2+(ya-yb)2+(za-zb)2---(1)]]>

1.3在无向连通图G中选择坐标值z最小的顶点为源点s，采用最短路径算法，计算从源点s出发到图G中所有顶点的最短路径，形成有向带权图G'；

1.4将有向带权图G'划分成k个层次，即将每条枝干利用公式(2)平均分成k段(d_i…d_k)；

d_i=d_max/k(i=1,…,k)   (2)