基于參數方程的藍雪花可視化模擬

姚玲潔 王文莉 陸玲

摘要：研究虛擬植物造型過程中，植物器官中的花朵是一個必不可少的部分。因此通過計算機建立幾何模型進行植物的器官的可視化模擬是至關重要的。為了實現藍雪花的可視化造型，提出了變形與造型緊密結合的方法，并且獲得了極佳的參數，取得了不錯的花朵造型效果。

關鍵詞：變形;造型;;花朵;可視化;虛擬植物

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0266-02

1 引言

藍雪花，原產南非南部，現在我國各地都有栽培，因其耐熱耐高溫高濕，病蟲害少，觀賞花期長，外形顏色淡雅高貴，而被眾人種植在盆栽中用于點綴居室、陽臺。植物花朵在日常生活中扮演著一個不可或缺的角色，在農學，科學教育，服裝設計，游戲娛樂方面也占著一席之地。例如在農學中，研究人員通過對花朵進行數字化模擬來檢測花朵的生長狀況以獲得其生長過程中的基礎數據;在科學教育中，工作人員可通過計算機建立一系列的可視化的花朵生長過程的模型，再將其進行設計為三維交互式動畫用于幼齡兒童的科普性教育;而在服裝設計領域中，如若設計者能夠通過將二維的花朵轉換為具有三維立體美、具有真實感的三維樣式花型，利用大自然贈予的財富-各式花朵，可給服飾賦予不一樣的主題，這會成為這個服飾的一個絕佳的亮點。而在游戲娛樂這一塊，主要側重于電子游戲中的虛擬場景中的花卉是否具有足夠的真實感，給顧客提供沉浸式體驗，特別是在現在虛擬現實特別火爆的時代，這個造型方面的需求也顯得更加巨大。但是在實際生活中，花開只一瞬，如若能夠將花開的過程模擬出來，那么就必須要求對植物花朵的每個環節進行建模，然后再加以銜接。因此對植物進行三維數字化模擬是一個炙熱的課題，而植物器官由根、莖、葉、花、果實、種子組成，花朵是植物的一個最具有代表性的器官，此處是對花朵做相應的造型。然而對花朵進行可視化的建模并且獲得較強的真實感是一個嚴峻的挑戰。

植物器官進行整體的造型大多采用的是L系統[1]，IFS方法，A系統等方法，而之后的基于參數曲面擬合的幾何造型模擬中，運用比較廣泛的參數曲面有 B 樣條曲面、Bézier 曲面和 NURBS 曲面等方法。Lintermann B[2]、Wang L、Runions A等人對植物器官的葉片做了一定的造型研究。2005年，學者通過用戶輸入選擇花瓣的基本輪廓，然后通過變形形成最終花朵，所生成的花朵非常圓滑，并無其他紋理凹凸性，真實感差[3]。秦培煜1等人利用Bezier曲面對花瓣造型可得到花瓣邊界凹凸不平的效果。2007年，周寧[4]對植物花色做了模擬。陸玲[6]等人使用變形函數逼近真實花瓣幾何形狀，再采用函數去模擬花瓣的顏色。文獻[7]對植物的花色采用了不同的參數方程做模擬。王志萍[8]認為花朵的各個組成部分都接近于曲面，因此對一些規則性不是太過明顯的花朵采取曲面變形的方式造型。本文也借用了變形的方法，寫出變形函數對藍雪花進行花朵的邊界以及彎曲度造型，進行了控制花朵顏色的參數調節。

3 結論

本文針對藍雪花花朵的造型進行了算法研究，使用變形函數造型出較為逼近真實花朵的形狀，顏色，得到了不錯的真實感模擬。由于調控花瓣形狀和顏色的參數對花朵的造型效果起著決定性作用，因此模型的系數問題需要反復試驗校驗得以調整。由于此方法的建模速度強，效率高，操作較為簡單。因此將該植物花朵造型的方法運用于農學、科教、廣告、服裝設計、游戲娛樂、園林藝術領域具有較強的應用前景。

參考文獻：

[1] 孔勇. 基于L系統的植物形態模擬[D].西安電子科技大學，2007.

[2] Lintermann B， Deussen O. Interactive modeling of plants[J]. IEEE ComputerGraphics& Applications， 1999，19（1）：56-65.

[3] Takashi Ijiri，Shigeru Owada，Makoto Okabe，Takeo Igarashi. Floral diagrams and inflorescences[J]. ACM Transactions on Graphics （TOG），2005，24（3）.

[4] 秦培煜，陳傳波，呂澤華.利用L-系統和Bezier曲面的植物花朵模擬模型[J].計算機工程與應用，2006（16）：6-8.

[5] 周寧，董未名，王家廞.植物花色模式仿真[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2007（06）：708-712.

[6]王景波，陸玲.基于Opengl的3D果實造型研究[J].計算機工程，2010，36（04）：279-280.

[7]陸玲，李麗華.植物花色模擬研究[J].系統仿真學報，2012，24（09）：1892-1895.

[8]王志萍.回轉曲面及變形在花朵造型中的應用[J].機械管理開發，2011（02）：68-69.

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