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IFS理论在自然景物模拟中的应用

作　者: 张黎明
导　师: 璩柏青
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 分形图 迭代函数系统(IFS) 分形动画
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 172次
引　用: 1次
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内容摘要


在计算机上模拟自然景物是计算机图形学中研究的一个重要课题。自然景物在外形上的随机性和不规则性难以用传统的方法加以描述。自70年代B.Mandelbrot提出分形的概念后，其作为一门新兴的交叉学科，受到非线性学术界的广泛重视。分形为探讨自然界复杂事物的客观规律及其内在联系提供了新的概念和方法，在自然景观的模拟中，分形技术展现了其独特的优势，成为当今时代研究者们的热点之一。在计算机游戏动画中，分形技术逐渐被用于模拟大型而复杂的游戏场景中，如产生和显示山、树、烟、云等景色，这些景色按我们日常的经验，是从来不曾重复的。但要让美工做到这一点几乎不可能，而利用分形技术在计算机上生成的山、树木、地形以及星球，不但非常容易做到不重复，而且完全可以达到乱真的地步。 然而，分形图不同于常规的图形，因此，不能通过常规的技术来达到真实感图形的绘制以及图形动画的制作。本文主要针对分形图绘制的一种典型方法，迭代函数系统(IFS)法，讨论分形图形的绘制方法以及IFS分形图仿射变换的独特算法，由此理论基础出发，文中以树木IFS参数的确定为例，详细给出了通过子图位置相互关系确定IFS的方法，并对此方法进行了许多有益的总结。对树木不同部分颜色有所区别这一自然现象，文中重点提出了根据所选用的仿射变换来进行颜色的细分方法，并通过计算机模拟出了较真实的树木。文中还提出通过多个分形图形的叠加与变换产生出更加多姿多彩的自然景物图形的方法，并以树木开花为例在计算机上实现了此分形图的逼真模拟。以静态分形图形为基础，通过对IFS参数的局部进行有效的调整，对分形图的动态显示也做了有益的尝试，实现了模拟自然界树木的动画分形图形。对以上模拟自然景物的方法，在大型场景模拟中，可以用于场景中近处景物的模拟中，实现场景的逼真显示。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-18
  1．1 引言  8-9
  1．2 分形理论的发展  9-13
    1．2．1 分形理论的产生  9-10
    1．2．2 分形的定义  10-11
    1．2．3 自相似性  11-13
  1．3 分形研究的对象与研究方向  13-14
  1．4 分形学的国内外研究状况  14-17
    1．4．1 典型的分形曲线与分形集  14-15
    1．4．2 复动力系统的分形集合  15
    1．4．3 L系统  15
    1．4．4 随机分形生长模型  15-16
    1．4．5 混沌、生物分形和人工生命  16
    1．4．6 IFS迭代函数系统  16-17
  1．5 本文概述及内容分布  17-18
第二章 IFS理论基础  18-26
  2．1 用IFS生成分形图形的特点  18
  2．2 IFS的基本原理  18-21
    2．2．1 IFS的几个重要概念  18-20
    2．2．2 分形图  20-21
    2．2．3 IFS方程  21
  2．3 IFS参数的确定  21-24
    2．3．1 根据拼贴定理求IFS代码  21-23
    2．3．2 子图相互位置关系分析  23-24
  2．4 IFS分形图形的构图步骤  24-26
第三章 IFS分形图形的实现  26-44
  3．1 分形图仿射变换  26-33
    3．1．1 IFS分形图仿射变换的实现  26-33
  3．2 构造树的IFS模型  33-36
    3．2．1 确定IFS参数  34-36
  3．3 树木色彩的细分  36-41
  3．4 绿树开花  41-44
第四章 分形动画的实现  44-52
  4．1 带参量的IFS  44-46
  4．2 随风摇曳的树木  46-49
  4．3 风吹花落  49-52
    4．3．1 树木绘制  49-50
    4．3．2 花的绘制  50-51
    4．3．3 花落算法  51-52
第五章 结论  52-54
致谢  54-56
参考文献  56-58
附录A：源代码  58-66
附录B：效果图  66-68
附录C：研究成果  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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