题目：基于过程的城市建模工具设计与实现

近些年，随着计算机领域软件、硬件的高速发展，计算机图形学技术和虚拟现实技术取得了显著的进步。三维城市区域场景作为虚拟现实技术领域的研究热点，逐渐应用到娱乐媒体、建筑设计、城市规划、文化遗迹保护、智能城市等领域。构建满足需求的三维城市区域场景既需要考虑速度因素，也需要考虑建筑模型的外观效果因素，因此如何快速生成拥有较好外观的三维城市区域场景具有十分重要的实际意义。本文在国家自然科学基金“基于过程的城市建模技术研究”项目（61202235）的资助下，对城市区域场景过程建模技术进行研究，取得的研究成果如下： (1) 设计建筑文法并实现基于规则的建筑模型构造。本文按照CGA形状文法范式设计了名为BRG的建筑规则文法。通过规则的层层迭代推导来生成建筑的粗糙模型，并创建逐渐细化的建筑外表。上下文相关的建筑文法允许用户通过交互操作来修改目标模型实体的分层形状描述，这样就能生成风格类似的各种建筑模型。同时，本文实现的BRG编译器能将规则和基本组件模型编译成目标建筑模型。实验表明，本方法能帮助用户快速生成高视觉质量的古代和现代类型的三维建筑模型。(2) 设计并实现单个建筑建模工具。单个建筑建模工具集规则生成、规则编译、规则编辑、组件浏览、组件纹理编辑等功能于一体。以单幅古代或现代建筑正面图像作为输入，通过简单的用户交互可以生成图像中建筑过程生成所需的全部基本建筑组件模型和完整的建筑文法规则。通过编译与图像中建筑相对应的文法规则和基本建筑组件，就能生成与输入图像中建筑相一致的三维建筑模型。通过本工具，可以实现组件级和规则级的编辑，获得更多新的建筑规则文件和三维建筑模型。(3) 设计并实现城市区域场景建模工具。本工具通过解析地理信息数据，提取地图数据中建筑的有效位置信息，结合单个建筑建模工具的有效输出，能生成指定区域的三维场景。城市区域场景建模工具既可以直接使用已经生成好的建筑模型作为输入，也可以使用单个建筑建模工具生成的建筑文法规则和基本建筑组件作为输入。用户通过编辑场景配置文件来控制生成古代和现代类型的三维区域场景。