基于参数方程的蓝雪花可视化模拟

姚玲洁 王文莉 陆玲

摘要：研究虚拟植物造型过程中，植物器官中的花朵是一个必不可少的部分。因此通过计算机建立几何模型进行植物的器官的可视化模拟是至关重要的。为了实现蓝雪花的可视化造型，提出了变形与造型紧密结合的方法，并且获得了极佳的参数，取得了不错的花朵造型效果。

关键词：变形;造型;;花朵;可视化;虚拟植物

中图分类号：TP391.9        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）34-0266-02

1 引言

蓝雪花，原产南非南部，现在我国各地都有栽培，因其耐热耐高温高湿，病虫害少，观赏花期长，外形颜色淡雅高贵，而被众人种植在盆栽中用于点缀居室、阳台。植物花朵在日常生活中扮演着一个不可或缺的角色，在农学，科学教育，服装设计，游戏娱乐方面也占着一席之地。例如在农学中，研究人员通过对花朵进行数字化模拟来检测花朵的生长状况以获得其生长过程中的基础数据;在科学教育中，工作人员可通过计算机建立一系列的可视化的花朵生长过程的模型，再将其进行设计为三维交互式动画用于幼龄儿童的科普性教育;而在服装设计领域中，如若设计者能够通过将二维的花朵转换为具有三维立体美、具有真实感的三维样式花型，利用大自然赠予的财富-各式花朵，可给服饰赋予不一样的主题，这会成为这个服饰的一个绝佳的亮点。而在游戏娱乐这一块，主要侧重于电子游戏中的虚拟场景中的花卉是否具有足够的真实感，给顾客提供沉浸式体验，特别是在现在虚拟现实特别火爆的时代，这个造型方面的需求也显得更加巨大。但是在实际生活中，花开只一瞬，如若能够将花开的过程模拟出来，那么就必须要求对植物花朵的每个环节进行建模，然后再加以衔接。因此对植物进行三维数字化模拟是一个炙热的课题，而植物器官由根、茎、叶、花、果实、种子组成，花朵是植物的一个最具有代表性的器官，此处是对花朵做相应的造型。然而对花朵进行可视化的建模并且获得较强的真实感是一个严峻的挑战。

植物器官进行整体的造型大多采用的是L系统[1]，IFS方法，A系统等方法，而之后的基于参数曲面拟合的几何造型模拟中，运用比较广泛的参数曲面有 B 样条曲面、Bézier 曲面和 NURBS 曲面等方法。Lintermann B[2]、Wang L、Runions A等人对植物器官的叶片做了一定的造型研究。2005年，学者通过用户输入选择花瓣的基本轮廓，然后通过变形形成最终花朵，所生成的花朵非常圆滑，并无其他纹理凹凸性，真实感差[3]。秦培煜1等人利用Bezier曲面对花瓣造型可得到花瓣边界凹凸不平的效果。2007年，周宁[4]对植物花色做了模拟。陆玲[6]等人使用变形函数逼近真实花瓣几何形状，再采用函数去模拟花瓣的颜色。文献[7]对植物的花色采用了不同的参数方程做模拟。王志萍[8]认为花朵的各个组成部分都接近于曲面，因此对一些规则性不是太过明显的花朵采取曲面变形的方式造型。本文也借用了变形的方法，写出变形函数对蓝雪花进行花朵的边界以及弯曲度造型，进行了控制花朵颜色的参数调节。

3 结论

本文针对蓝雪花花朵的造型进行了算法研究，使用变形函数造型出较为逼近真实花朵的形状，颜色，得到了不错的真实感模拟。由于调控花瓣形状和颜色的参数对花朵的造型效果起着决定性作用，因此模型的系数问题需要反复试验校验得以调整。由于此方法的建模速度强，效率高，操作较为简单。因此将该植物花朵造型的方法运用于农学、科教、广告、服装设计、游戏娱乐、园林艺术领域具有较强的应用前景。

参考文献：

[1] 孔勇. 基于L系统的植物形态模拟[D].西安电子科技大学，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，陳传波，吕泽华.利用L-系统和Bezier曲面的植物花朵模拟模型[J].计算机工程与应用，2006（16）：6-8.

[5] 周宁，董未名，王家廞.植物花色模式仿真[J].计算机辅助设计与图形学学报，2007（06）：708-712.

[6]王景波，陆玲.基于Opengl的3D果实造型研究[J].计算机工程，2010，36（04）：279-280.

[7]陆玲，李丽华.植物花色模拟研究[J].系统仿真学报，2012，24（09）：1892-1895.

[8]王志萍.回转曲面及变形在花朵造型中的应用[J].机械管理开发，2011（02）：68-69.

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