专利名称：一种可分离式的植物快速建模方法
技术领域：
本发明属于计算机动画领域，涉及基于语义的检索技术，虚拟现实技术等应用技术，针对在场景中的批量植物模型生成问题，提出一种可分离式的植物快速建模方法。
背景技术：
在虚拟现实领域中，需要涉及大量的植物模型的构建。由于植物模型的种类和制作要求的多样性，使得植物模型的快速构建成为影响场景制作质量和效率的重要因素。植物建模有迭代函数、L系统和粒子系统三种常见方法。迭代函数是通过压缩映射变化来描述植物总体与局部之间相似性，其优点是其理论可以用几个参数就可以生成非常复杂的图形，其缺点是适用的范围比较狭窄，实现复杂，效率低。L系统基于分型理论，其优点是表达方式非常简洁，易修改和扩充，其缺点其时间复杂度较高；粒子系统是对模糊物 体进行建模的方法，其优点是灵活多变，但是只能用于对植物模仿效果较差。Maya, 3DMax和houdini的等商业软件通过设置相关参数,并采用笔刷的方式批量产生植物模型，提高了植物模型的制作效率。但由于构建过程复杂，且模型之间的参数的不可重用性，大大降低了这种建模方法的灵活性和通用性。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提出本发明公开一种可分离式的植物快速建模方法。本发明是通过以下技术方案实现的一种可分离式的植物快速建模方法，包含如下步骤步骤SI :构建植物素材知识树体系，为植物素材的组织和应用提供依据；步骤S2 依据植物素材知识树体系，添加植物素材，生成植物素材库；步骤S3 以植物素材知识树体系为基础，以导航的方式从植物素材库检索相应素材，并对其特征参数系统进行修改，生成植物模型原型；步骤S4 :以植物模型原型为基础，以批处理的方式在场景中构建出满足需求的独立植物模型或群体植物模型。进一步的，上述技术方案中，所述步骤SI包含以下步骤步骤Sll :构建植物素材分类体系；植物素材分类体系提供了一种植物素材组织和描述的方式，为植物的分离式建模提供支撑；步骤S12 :确定植物素材的特征参数框架。进一步的，上述技术方案中，所述植物素材分类体系依据植物素材的粒度不同将植物素材划分为植物素材层和植物要素素材层；所述植物素材层依据植物的外形特征进行分类，将植物划分为树木，花，草，灌木，藤五大类；所述植物要素素材层主要对构成植物的要素进行分类，将植物要素划分为树干，树枝，嫩枝，树叶，花茎，花朵，草，灌木，藤。进一步的，上述技术方案中，所述步骤S12，根据植物素材的粒径不同而确定不同的特征参数框架，具体如下针对于植物，其特征参数框架包括名称，时间，地域，气候；针对于植物要素，其特征参数框架包括结构特征，形状特征，材质纹理特征，动力学特征四类特征。进一步的，上述技术方案中，所述步骤S2中添加植物素材，是对植物要素特征参数框架进行结构特征属性，颜色特征属性，形状特征属性，动力学特征属性的实例化描述过程。进一步的，上述技术方案中，所述步骤S3包括如下步骤步骤S31 :分析候选植物类型信息；步骤S32 :在植物素材库检索相关植物素材和植物元素素材；步骤S33 :调整植物素材参数，生成所需的植物模型原型； 进一步的，上述技术方案中，所述步骤S4是在生成植物模型原型的基础上，根据所需植物模型的个数，位置，模型之间的差异性，通过设置批处理特征参数框架，来实现批量植物模型的生成。进一步的，上述技术方案中，所述设置批处理特征参数框架包括批量生成过程中单位距离生成的模型个数，模型生长方向的随机性和模型形态的随机性。该发明基于maya环境进行实现，在对植物模型过程各个植物要素的分类和特征描述的基础上，采用分离式的方式完成植物模型的构建，并利用maya环境中的笔刷完成植物模型的快速建模，方法灵活多变，且植物模仿效果好。
图I是本发明可分离式植物建模流程；图2是本发明植物库素材分类；
具体实施例方式下面结合附图，系统地对本发明如何构建植物素材知识树体系和植物素材库，在此基础上进行植物模型批处理生成的方法进行详细描述。本发明的流程如图I所示。本发明在对植物素材进行分离式管理的基础上，根据所属场景的需要，完成植物模型的组装式构建。下面对每一流程的功能和设计进行详细阐述。步骤SI :构建植物素材知识树体系；植物素材知识树体系的构建是植物素材组织、管理，以及植物模型快速建模的基础，构建的主要步骤包括步骤Sll :构建植物素材分类体系；植物素材分类体系提供了一种植物素材组织和描述的方式，为植物的分离式建模提供支撑。根据植物素材的粒度不同将植物素材划分为两个层次植物素材层和植物要素素材层。植物素材层依据植物的外形特征进行分类，将植物划分为树木，花，草，灌木，藤五大类。其中根据树木有无花朵，叶子和树枝，可进一步将树木划分为有花有叶树，无花有叶树，无花无叶树，枯树干。
植物要素素材层主要对构成植物要素进行分类，将植物要素划分为树干，树枝，嫩枝，树叶，花茎，花朵，草，灌木，藤。植物要素是构建植物模型的基础，所有的植物的构建过程都是对植物要素有机组合过程。如树木主要由树干，树枝，树叶，花四种植物要素组成。步骤S12 :确定植物要素的特征参数框架。为了有效地对植物素材进行添加和管理，根据植物素材的粒度不同，需要构成不同的特征参数框架。植物素材层的特征参数框架包括名称，时间，地域，气候等。利用这些特征参数，用户可以采用自然语言的方式对植物素材库中的素材进行检索。植物要素素材层的特征参数框架包括结构特征，形状特征，材质纹理特征，动力学特征四类特征。其中结构特征主要包括模型细节的分段数，长度，宽度等；形状特征主要指植物要素边缘的轮廓形状；材质纹理特征，主要包括表面颜色，材质，贴图，纹理等；动力学特征主要包括从根部萌生的枝的数量，生长的方向，生长的扭曲度，以及受风场影响的参数
坐寸ο步骤S2 :添加植物素材，生成植物素材库；添加植物素材即是对植物素材知识树体系中植物要素特征参数框架进行实例化的过程。每一种植物与植物素材知识树体系中的若干知识节点相互关联，是对知识节点在结构特征属性，颜色特征属性，形状特征属性，动力学特征属性的实例化描述。根据所添加植物素材的粒度可以划分为植物模型添加和植物要素添加。其中，植物整体模型依据植物素材分类体系分解为若干植物要素添加。步骤S3 以植物素材知识树体系为基础，以导航的方式从植物素材库检索相应素材，并对其特征参数系统进行修改，生成植物模型原型；步骤S31 :分析候选植物类型信息；用户可通过两种方式来确定所需的植物类型信息(I)知识树导航方式以植物素材知识树体系中植物的分类为据，采用导航的方式，辅助用户确定所需植物类型。(2)自然语言输入检索方式鉴于植物类型的多样性，用户可通过输入自然语言的方式进行植物类型的检索。通过对用户输入的自然语言进行分词和检索知识点，检索出相关的植物类型供用户选择。步骤S32 :依据所选植物类型在植物素材库检索相关植物素材和植物元素素材；根据所选的植物类型，从植物素材库中检索出相应的植物素材，生成植物素材备用集合；针对植物素材备用集合中的每一植物素材，依据植物素材和植物元素素材的相互关系，进一步检索出植物元素素材，生成植物元素素材备用集合。步骤S33 :依据该素材的特征参数框架，调整参数以修改检索出的植物素材，依据植物素材知识树体系中不同类型的植物与植物要素素材的关系，将修改后的植物素材拼装生成所需的植物模型原型；步骤S4 :以植物模型原型为基础，以批处理的方式在场景中构建出满足需求的独立植物模型或群体植物模型。为了方便大批植物模型的生成，采用笔刷的形式，来实现植物的批处理生成。此夕卜，为了保证批处理生成过程中植物生长的随机性，在生成植物模型原型的基础上，根据所需植物模型的个数，位置，模型之间的差异性，通过设置批处理特征参数框架，来实现批量植物模型的生成。批处理特征参数框架主要包括单位长度生成模型的个数，模型仰角的随 机范围，模型长宽的随机范围等。通过这些参数的设置，保证了所生成的植物模型集，既保证形态的相似性又保证了个体的差异性。
权利要求
1.一种可分离式的植物快速建模方法，包含如下步骤 步骤SI :构建植物素材知识树体系，为植物素材的组织和应用提供依据； 步骤S2 :依据植物素材知识树体系，添加植物素材，生成植物素材库； 步骤S3 :以植物素材知识树体系为基础，以导航的方式从植物素材库检索相应素材，并对其特征参数系统进行修改，生成植物模型原型； 步骤S4 :以植物模型原型为基础，以批处理的方式在场景中构建出满足需求的独立植物模型或群体植物模型。
2.如权利要求I所述的一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于所述步骤SI包含以下步骤 步骤Sll :构建植物素材分类体系；植物素材分类体系提供了一种植物素材组织和描述的方式，为植物的分离式建模提供支撑； 步骤S12 :确定植物素材的特征参数框架。
3.如权利要求2所述一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于所述植物素材分类体系依据植物素材的粒度不同将植物素材划分为植物素材层和植物要素素材层；所述植物素材层依据植物的外形特征进行分类，将植物划分为树木，花，草，灌木，藤五大类；所述植物要素素材层主要对构成植物的要素进行分类，将植物要素划分为树干，树枝，嫩枝，树叶，花莖，花朵，草，灌木，藤。
4.如权利要求2或3所述一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于所述步骤S12，根据植物素材的粒径不同而确定不同的特征参数框架，具体如下针对于植物，其特征参数框架包括名称，时间，地域，气候；针对于植物要素，其特征参数框架包括结构特征，形状特征，材质纹理特征，动力学特征四类特征。
5.如权利要求I所述的一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于，所述步骤S2中添加植物素材，是对植物要素特征参数框架进行结构特征属性，颜色特征属性，形状特征属性，动力学特征属性的实例化描述过程。
6.如权利要求I所述一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤 步骤S31 :分析候选植物类型信息； 步骤S32 :在植物素材库检索相关植物素材和植物元素素材； 步骤S33 :调整植物素材参数，生成所需的植物模型原型。
7.如权利要求I所述的一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于所述步骤S4是在生成植物模型原型的基础上，根据所需植物模型的个数，位置，模型之间的差异性，通过设置批处理特征参数框架，来实现批量植物模型的生成。
8.如权利要求7所述的一种可分离式的植物快速建模方法，其特征在于所述设置批处理特征参数框架包括批量生成过程中单位距离生成的模型个数，模型生长方向的随机性和模型形态的随机性。
全文摘要
本发明公开一种可分离式的植物快速建模方法。利用计算机构建自然场景过程中，由于场景类型的多样性和复杂性，需要涉及大量种类繁多，姿态各异的植物模型。传统的建模方式由于在素材组织和应用上的不足，使得建模在效率、质量、及通用性等方面与实际需求还有很大的差距。该发明提出的建模方法是在对植物素材进行分离式管理的基础上，根据所属场景的需要，完成植物模型的组装式构建。此外，通过构建植物素材的特征参数管理系统，可对产生的植物模型进行形态和运动规律进行调整，进一步提高了建模的灵活性。
文档编号G06T17/00GK102819862SQ20121026618
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者于海涛 申请人:北京中科盘古科技发展有限公司