文档介绍：硕士学位论文

论文题目大规模动态森林场景模拟技术的研究与实现

研究生姓名崔翔
指导教师姓名姜小峰
专业名称计算机应用技术
研究方向多媒体技术
论文提交日期 2013 年 5 月
大规模动态森林场景模拟技术的研究与实现中文摘要

大规模动态森林场景模拟技术的研究与实现
中文摘要
森林是自然场景的重要组成部分,森林场景的模拟在虚拟现实领域中占有重要地
位,但由于森林场景中树木模型复杂、数量众多,且树木受风力作用后的动态效果涉
及到复杂的物理力学系统,难以进行精确和实时模拟。这使得大规模动态森林场景的
模拟一直以来都是虚拟自然景观领域的研究热点和难点之一。
本文在树木以及森林场景模拟已有研究成果的基础上,使用 Cook-Torrance 光照
模型和预计算的半透明纹理增强了叶片的显示效果,并使用 Euler-Bernoulli 梁模型拟
合导出的多项式结合偏移修正的方式,实现了枝干的快速形变计算。在此基础上,在
GPU 中实现了逐层次形变动画的计算,使用采样二维噪声贴图的方式实现了了枝干
摆动以及叶片振动的模拟。
在处理大规模场景的绘制时,依据场景的特点,将视景体投影到水平面,运用四
叉树结构实现了视景体内物体的快速剔除。使用结合替代物的混合渲染方式实现了树
木的 LOD 绘制,在不影响最终显示效果的同时简化了远处场景的计算,提高了场景
计算和显示的实时性。
在上述算法研究的基础上,本文在 Visual Studio C++ 开发环境下,使用 OpenGL
以及 GLSL 语言设计实现了原型系统。实验果表明,该方法能很好地展现各个层次下
树的动态效果,且达到了实时性的要求。论文工作成果对同类应用和研究具有一定的
借鉴和参考价值。

关键词:森林场景,树木动画,细节层次,叶片渲染,替代物,图形处理器

作者:崔翔
指导老师:姜小峰
I
Abstract Research and Implementation of Large-scale Dynamic Forest Scene Simulation Technology
Research and Implementation of Large-scale Dynamic
Forest Scene Simulation Technology
Abstract
The forest is an important part of the natural scene. The simulation of forest scene
occupies an important place in the field of virtual reality. However, the swaying of trees in
the wind is plex physical and mechanical system. Due to plex of the model
and large number of the trees in the scene, it is difficult to simulate the scene in real-time.
That makes large-scale dynamic simulation of the forest scene a hotspot and difficulty in
the field of virtual natural landscape research.
Based on the existing research results on rendering of trees and forest, this thesis uses
the Cook-Torrance lighting model and puted translucence texture to enhance the
display of the leaves. And we also use the polynomial fitted from Euler-Bernoulli beam
model and length correction to calculate the deformation of branches rapidly. The
computation of deformation and animation is performed by tree levels in GPU. To
implement swaying of the branche