基于描绘单幅图像的三维树木交互建模系统-计算机应用研究.PDF

第２９卷第６期 计 算 机 应 用 研 究 Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．６ ２０１２年６月　 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ Ｊｕｎ．２０１２ 基于描绘单幅图像的三维树木交互建模系统 刘一松，许祥虎，曾兰玲，詹永照 （江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏镇江２１２０１３） 摘　要：为了提高树木建模的真实感与可交互性，提出了一种基于单幅树木图像或直接手绘的交互式植物建模 系统。系统根据植物形态学规律构建了标准三维树木的模板。通过描绘图像中树的主要枝干，结合叶序周规 律，基于三维模板树将其从二维图像变换到三维模型，并通过弯曲、增加和删除枝干以及添加树叶等交互式操作 生成和修改三维树木模型。实验结果表明，该系统能便捷快速地生成真实感较强的三维树木。 关键词：植物建模；植物形态学；分形；交互式 中图分类号：ＴＰ３９１４１　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１３６９５（２０１２）０６２３６４０４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３６９５．２０１２．０６．０９７ ３Ｄｔｒｅｅｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂｙｓｋｅｔｃｈｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｉｎｇｌｅｉｍａｇｅ ＬＩＵＹｉｓｏｎｇ，ＸＵＸｉａｎｇｈｕ，ＺＥＮＧＬａｎｌｉｎｇ，ＺＨＡＮＹｏｎｇｚｈａｏ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｒｅａｌｉｓｔｏｆｔｈｅｔｒｅｅｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ３Ｄｍｏｄｅｌｓｏｆｔｒｅｅｓｂｙｓｋｅｔｃｈｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｉｎｇｌｅｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｔｒｅｅｏｒｆｒｅｅｈａｎｄｓｋｅｔｃｈｅｓ．Ｉｔｃｒｅａｔｅｄａｓｔａｎｄａｒｄ３Ｄ ｔｒｅｅｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．Ｂｙｓｋｅｔｃｈｉｎｇｏｒｉｇｉｎａｌｔｒｅｅ’ｓｐｒｉｍａｒｙｂｒａｎｃｈｅｓ，ｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｔｒｅｅｃｏｕｌｄ ｂｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍ２Ｄｉｍａｇｅｔｏ３Ｄｍｏｄｅｌａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｂｏｔａｎｉｃａｌｐｈｙｌｌｏｔａｘｉｓｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ．Ｉｔｇｅｎｅｒａｔｅｄａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｔｈｅ３Ｄ ｔｒｅｅｍｏｄｅｌｕｓｉｎｇｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓａｓｂｅｎｄｉｎｇ，ａｄｄｉｎｇ，ｄｅｌｅｔｉｎｇｔｈｅｂｒａｎｃｈｅｓ，ａｎｄａｄｄｉｎｇｌｅａｖｅｓｅｔｃ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｑｕｉｃｋａｎｄｅａｓｙｆｏｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ３Ｄｔｒｅｅｓｍｏｄｅｌｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ；ｆｒａｃｔａｌ；ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ［６］ 　　在虚拟现实技术迅速发展的今天，植物的仿真模拟已经应 等人 提出了手画树的模型，即通过鼠标或者手画板绘制的 用在许多方面，如游戏电影等娱乐业、农业研究、城市美化和一 二维图形生成三维树。该方法虽然采用了基于例子的编辑操 些防自然灾害的研究等。然而由于植物种类、外界环境和人为 作，减少了交互量，但只有少量的叶片排序方式，并且从手绘 修剪等一系列原因，导致植物的几何形态颇为复杂，所以植物 ２Ｄ变换到３Ｄ时只是遵循枝干间的间隙最大化这一简单原则， 的建模与仿真一直都是计算机图形学中一个具有挑战性的课