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基于标注信息学习的植物多样化建模研究

作　者: 张阳
导　师: 刘晓平
学　校: 合肥工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 植物建模 L系统贝叶斯网络手绘建模逆向建模
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 14次
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内容摘要

虚拟现实技术一直是计算机图形学领域的研究热点之一，而三维模型作为事物在虚拟世界中的表现形式，场景的快速生成一直被人们所重视。植物是常见的自然景观，其自身的复杂性决定了三维模型的结构复杂程度，而植物模型的真实感也对虚拟自然场景的沉浸感有着重要的影响。因此，对植物生长模型的模拟和植物景观的建模一直是人们研究的热门话题。其中基于分形规则的自动建模方法已经取得了很好的效果，但由于需要用户对相关植物有一定的了解才能有效的定义产生式规则，且其模型生成过程比较抽象，用户很难对最终的整体形状进行把握。而基于交互的方法可以直观、方便的对植物的建模过程进行控制，但也决定了其模型受人的经验导向影响，同时对多棵植物的建模需要用户进行反复操作。因此，如何使得用户能够通过统一的技术手段，而对不同结构特征的植物进行多样化的批量建模，是一个值得关注的问题。本文借助逆向建模的思想，引入学习机制，利用用户的手绘信息作为指导，完成植物的多样化快速建模，主要有如下几方面的工作：(1)在对植物学上有关植物分枝结构的调研基础上，对影响植物外观形态的关键信息进行了定义；依据关键信息对植物图像进行结构特征标注，并给出了标注算法；通过对多幅该类植物的图片进行特征提取，构建植物样本的贝叶斯网络特征知识库。(2)深入探讨了基于分形的L系统建模方法，根据植物学上林木植物的分叉特征定义了L系统的原子产生式规则；在植物知识库样本模版的指导下，采用基于贝叶斯推理的手段，对植物枝干进行推理建模。(3)对单个叶片的建模技术进行了探索与研究，利用透明贴图和树叶排布算法实现了不同植物叶序的叶簇建模；最后集成本文的建模算法，对基于手绘的多样化建模系统进行了实现。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-12
第一章绪论  12-19
  1.1 引言  12
  1.2 研究背景  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-17
    1.3.1 虚拟植物的快速建模方法  13-16
    1.3.2 基于交互的植物建模方法及系统平台  16-17
  1.4 本文研究的主要内容  17-18
  1.5 本文的组织安排  18-19
第二章基于交互的植物图像特征库建立  19-31
  2.1 植物学相关概念  19-20
    2.1.1 植物的轴结构  19
    2.1.2 植物的分枝模式  19-20
  2.2 基于交互手段的图像信息提取  20-24
    2.2.1 传统的图像信息采集技术  20-21
    2.2.2 枝干数据结构的定义  21
    2.2.3 图像树枝干的抽取  21-23
    2.2.4 手绘信息的存储  23-24
  2.3 面向植物外形特征的贝叶斯网络  24-30
    2.3.1 贝叶斯网络简介  24-26
    2.3.2 植物外形特征贝叶斯网络的定义  26-28
    2.3.3 基于手绘的植物相似度匹配  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章基于贝叶斯推理的随机参数化 L-系统植物建模  31-40
  3.1 L-系统的基本原理  31-33
    3.1.1 L-系统的介绍  31-33
    3.1.2 原子规则的定义  33
  3.2 基于贝叶斯推理的 L-系统建模  33-39
    3.2.1 植物结构的贝叶斯推理  33-34
    3.2.2 随机参数化 L 系统建模  34-36
    3.2.3 几何建模  36-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章基于手绘的植物多样化建模系统  40-48
  4.1 面向植物叶序的叶簇建模  40-43
    4.1.1 植物的叶序模式  40
    4.1.2 基于枝干向量的树叶建模  40-43
  4.2 基于手绘的多样化建模系统的实现  43-47
    4.2.1 系统架构  43
    4.2.2 系统实现  43-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章总结与展望  48-50
  5.1 论文工作总结  48
  5.2 未来工作的展望  48-50
参考文献  50-54
硕士研究生在读期间发表论文  54
硕士研究生在读期间参加的科研工作  54
硕士研究生在读期间获得荣誉  54-56

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