● 摘要
虚拟自然场景的模拟一直是虚拟现实和计算机图形学领域的重要研究方向，植被是虚拟自然场景中的重要组成部分，植被场景的建模与绘制技术在军事仿真、园林设计、三维游戏及影视制作等领域都有着广泛的应用。由于植被具有结构复杂、表面细节丰富、数据量庞大等特点，如何保证大规模场景的真实感和实时性一直是研究的难点和热点问题。本文介绍了大规模植被场景建模和绘制的背景和意义。总结了植被的模型表示和绘制方法，在此基础上，提出了一种大规模草地场景和森林场景的建模和绘制方法。本文的主要内容包括：植被的模型表示，植被场景的密度控制和分布管理策略，大规模场景的绘制技术。首先，草地场景的绘制采用多细节层次（LOD）模型方法。建立了三个不同细节层次的模型，分别在近距离处采用几何模型，中距离采用基于切片的体纹理方法，远距离采用基于图像的方法。树木的建模方法，多采用基于几何的方法或者基于图像的方法。几何模型能够实现逼真度比较高的视觉效果，但是其数据量过大不能满足大规模场景中实时性的要求；基于图像的方法受到分辨率的限制，在近距离的观察中难以得到满意的效果。本文采用了几何-图像混合模型表示，并建立了树木多分辨率的细节层次模型。植被模型采用LOD方法不仅减少了模型数据量又能比较逼真的模拟植物的形态结构。本文提出一种基于地形的植被场景模型分布管理策略，模型在场景中的分布对整个自然场景的逼真度影响很大。本文采用基于密度图的方法来模拟自然场景中草的分布状态，使用基于cell网格的方法管理树木的分布，实现了植被模型在场景中的自动种植，模拟出了的自然植被场景。在场景真实感绘制方面，地形采用分页调度和LOD模型，植被的绘制采用了凹凸纹理映射、impostor技术、Cg脚本、实例化技术和批次渲染技术，实现了场景的快速绘制，并基于过程式动画方法，模拟了植被在风力作用下的简单的动态效果。