植物叶子枯萎虚拟关键技术研究

作     者：邢方山 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何东健

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：叶子建模 图像处理 控制曲线 叶子枯萎 纹理贴图 

摘      要：叶子是植物最显著的视觉特征,是影响视觉效果的决定性因素之一。对植物叶子建模进行研究具有重要的意义,真实准确的叶子模型对于虚拟现实、数字农业、远程教育等有着特殊意义。叶子在受到水分、养分、光照等影响时会发生枯萎现象,对叶子枯萎过程进行虚拟,可以更加真实的再现自然现象,对农、林业生产研究及应用,教学实践、数字图书馆等方面具有重要意义。本文以黄瓜叶片为研究对象,在研究叶片的建模方法、叶脉纹理的生成方法的基础上,重点研究叶子枯萎模型及渲染技术,设计开发了植物叶子枯萎虚拟可视化系统。主要研究内容和结论如下: (1)在分析对比多种叶子建模方法的基础上,采用基于图像处理的建模方法进行叶片建模,获取了准确的原始信息;采用基于聚合的最小均方误差线段逼近法对叶子轮廓进行多边形逼近,有效地减少了表示边界的数据点的数目。 (2)分析研究了基于质点-弹簧模型及骨架驱动的叶子枯萎虚拟方法,在此基础上提出了基于控制曲线的叶子枯萎弯曲变形虚拟方法,实现了叶子枯萎的虚拟,具有较好的视觉效果,且计算量小。 (3)研究了真实感图形渲染技术,采用纹理贴图技术进行渲染,较好地表现了叶片表面的细节信息,使生成的叶片看起来更加真实。 (4)结合叶片建模方法和基于控制曲线的枯萎变形模型,在Visual C++6.0平台上利用OpenGL图形库开发了叶子枯萎虚拟系统。结果表明,该方法能够较真实的表现叶子在枯萎过程中的弯曲变形,具有较好的可视化效果。