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硕士论文-园林树木生长模型及其动态表达的研究与实现，共72页，39264字
摘 要
随着建筑动画和虚拟现实漫游在园林辅助设计中的广泛应用，这些表现形式对园林
植物模型的要求也不断提高。其要求园林植物模型不仅要表现各种植物的真实生长形
态，还要具有物理表达性，比如受自然风力的作用而产生的随风摇曳和感受光线的变化
而产生的阴影变化以及植物的季相演变表达等。因此在计算机上模拟出各种园林植物的
三维动画模型，对于表现丰富多彩的植物景观和真实植物群落具有重要的实用意义。
为了能够更好的模拟植物的动画效果，本文采用 3ds max 环境和 MAXScript 的二次
编程开发，创建了集成在三维软件 3ds max 中的园林植物生长建模和动画表达的 Tree
growing 脚本插件，实现了对几种园林树木生长建模和动画表达的模拟，在园林设计和
表达中具有一定的实用价值。
Tree growing 脚本插件基于粒子系统方法建立起粒子组合模型，实现了树木形态结
构的模拟，相应的树木模型在时间驱动下的形变正反映出树木生长变化的过程。脚本插
件可以在 3ds max 环境中运行，运行界面中包括四个有多个控制参数的展卷栏。
用户可以在视口中选择坐标点定义为树木模型在园林场景中的生长位置，在生长参
数展卷栏只需修改界面中的不同生长控制参数，即可实现随机形态的园林植物生长模
拟。生成的植物模型具有四维的表达效果，形态逼真，基本符合植物的自然生长规律。
另外在风力动画参数展卷栏中改变风力的运动参数，可以实现不同程度的树木模型风吹
树动的动画效果；随着树木形态的变化和观察点的变化，树木阴影的形状随之改变，实
现了植物阴影的实时绘制,并且增加了树木模型的真实性；在时间驱动下，模型纹理的
变化过程反应了植物的季相特征和变化。如此，Tree growing 脚本插件实现的树木模型
全面的表达了树木的生长、随风摇动、季相变化的动画效果。
关键词：园林树木生长模型；动态表达；脚本插件；粒子系统
目 录
摘要............... Ⅰ
英文摘要.........II
1 绪论........... 1
1.1 三维植物生长建模与动态表达的研究背景和重要意义 .... 1
1.2 植物三维建模技术的国内外研究现状 2
1.2.1 常用的三维植物建模软件 . 3
1.2.2 常用植物建模软件的比较分析 ......... 9
1.3 本研究的内容和结构.......... 11
1.3.1 本研究的目的... 11
1.3.2 主要研究内容... 11
1.3.3 预期成果及主要创新点 ... 11
1.3.4 本研究的研究方法........... 12
1.3.5 本文的组织结构和研究路线 ........... 12
2 树木的三维建模方法............. 14
2.1 植物三维建模技术方法...... 14
2.1.1 L 系统 ............... 14
2.1.2 分形方法........... 15
2.1.3 随机过程........... 16
2.1.4 图像重建........... 17
2.1.5 粒子系统........... 17
2.2 基于粒子系统方法的树木模拟 .......... 18
2.2.1 粒子系统方法的基本思想及定义 ... 18
2.2.2 粒子系统的基本模型....... 19
2.2.3 粒子系统的分类............... 21
2.2.4 粒子系统应用于植物模拟 ............... 21
2.3 小结...... 22
3 基于粒子系统方法的树木生长模型及其动态表达的实现 . 23
3.1 MAXScript 脚本语言 .......... 23
3.1.1 MAXscript 脚本语言功能............... 23
3.1.2 MAXScript 脚本语言的优势 .......... 24
3.2 应用粒子系统对树木形态结构进行分析 .......... 25
3.3 分析树木粒子系统模型...... 25
3.4 基于粒子系统的树木生长和动态建模的关键技术方法 .. 27
3.4.1 树木拓扑结构的模拟....... 27
3.4.2 植物动态表达性的模拟 ... 30
3.4.3 植物季相特征的模拟....... 31
3.5 粒子树木生长模型的算法实现 .......... 32
3.5.1 树干生长模型算法实现 ... 32
3.5.2 树枝生长模型算法实现 ... 33
3.5.3 枝干的加粗生长和新梢生长的模型的算法实现 ........... 34
3.5.4 树叶生长变化模型算法实现 ........... 36
3.6 粒子树木动态表达模型算法实现 ...... 36
3.7 树木粒子系统的渲染.......... 37
3.7.1 光照处理........... 37
3.7.2 材质设置........... 37
3.7.3 纹理贴图........... 37
3.8 小结...... 39
4 树木模拟脚本插件的设计实现............. 40
4.1 脚本插件的设计目标.......... 40
4.2 脚本插件的开发方法分析.. 40
4.2.1 脚本插件的接口与类型 ... 40
4.2.2 插件系统的模块............... 41
4.3 插件脚本的界面设计和控制 .............. 42
4.3.1 插件脚本的运行界面....... 42
4.3.2 名称和位置展卷栏的设计与实现 ... 44
4.3.3 生长参数展卷栏的设计与实现 ....... 45
4.3.4 材质展卷栏的设计与实现 ............... 47
4.3.5 风力动画参数展卷栏的设计与实现 ............... 48
4.4 插件脚本的模拟结果.......... 49
4.4.1 不同形态结构的植物模型 ............... 49
4.4.2 不同生长阶段的植物模型 ............... 51
4.4.3 不同生长季节的植物模型 ............... 51
4.4.4 具有动态表达性的植物模型 ........... 52
4.5 讨论分析.............. 53
5 总结与展望............. 55
5.1 论文总结.............. 55
5.2 进一步工作.......... 56
参考文献....... 57
致谢......... 60
导师组意见... 61
学位论文独创性声明及学位论文版权使用授权书... 62