基于SpeedTree的树木三维可视化

基于SpeedTree的树木三维可视化摘要：以某高校为例，研究树木的三维可视化。

首先通过外业实地拍摄校园树木，获取树木树皮以及树叶贴图，使用Photoshop对图片进行处理生成材质贴图，经过Crazybump转换生成法线贴图。

建模材质完成后，利用 SpeedTree 软件对树木进行建模，完成的模型制作3D符号，导入ArcGIS中，对学校局部区域的树木进行三维林分建模仿真，实现一定的树木属性查询功能，分析树木三维可视化效果。

结果表明使用SpeedTree软件制作的树木模型对于模拟三维林分场景效果较好。

关键词：SpeedTree；三维可视化；ArcGIS；建模；林分场景一、国内外研究现状目前国内很多学者对于树木三维可视化技术有很多研究，并大致分为以下三种方式：基于 L-System理论的分形研究、运用迭代函数系统的IFS（Iterated Function System）方法及粒子系统模型方法，这种分类方法是依据选择模型的异同进行的。

本文采用第一种方法，使用SpeedTree软件对树木进行建模。

目前大多数文章探讨使用Sketch up，3ds max等软件对树木进行建模，虽然已获得了初步的研究成果，但由于软件的局限性，对于树木在自然中的状态的展现还是有所不足。

文中利用SpeedTree软件进行树木三维建模，SpeedTree能最大程度地平衡性能和视觉效果，满足植物景观可视化需求，较好的展现自然界树木形态。

并且以 GIS 技术为辅助，功能强大，包含数据管理、三维分析、空间数据分析等。

二、制作过程及方法1、前期准备建模前期的准备工作十分重要，准备工作充分与否直接影响后期树木模型的制作。

树木的定位主要根据树根坐标位置，根据具体树木位置布置树木坐标，同时调查树木属性信息，为建立树木数据库奠定基础。

树木可视化建模时，首先拍摄校园内所需树种的树木，拍摄的原则是选取树木生长状况良好，叶子尽量多。

拍摄过程中，尽量以一张白纸为背景，为后期图片处理做好准备工作，减少工作量。

虚拟交通环境中的树木仿真风效研究肖聪;唐毓涛【摘要】将现实中的交通环境进行虚拟仿真时必须利用虚拟模型构建环境中实际存在的树木,为了提高其真实度,在建立契合实际的树木模型的同时,也需要考虑树木在风中的动态效果.为此,文章将选用SpeedTree三维植物建模软件所生成的树木模型导入到虚拟交通环境仿真系统中,并通过加载相关风场模型,利用过程法结合一系列的函数方程,模拟树木在风中的动态效果,使得整个虚拟交通环境场景的沉浸感得到大幅度增强.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2018(015)007【总页数】5页(P104-107,128)【关键词】虚拟环境;树木仿真;风场模型;动态效果【作者】肖聪;唐毓涛【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都 611756;西南交通大学电气工程学院,四川成都 611756【正文语种】中文1 虚拟交通仿真系统设计背景虚拟交通仿真系统可用于系统设计、人员培训、预案演练等领域，促进了交通系统的快速发展[1]。

在虚拟交通环境仿真系统中，视景仿真是构建其场景模型以及动画效果的关键技术[2-4]。

而虚拟环境仿真系统中的树木植被是视景仿真场景中的重要组成部分，渲染出具有高真实感的树木植被决定着整个场景的沉浸感[5]。

目前，针对城市轨道交通的虚拟仿真系统通常采用开放场景图（Open Scene Graph，OSG）对其真实环境进行视景仿真，OSG作为三维图形库在道路、建筑物等方面都有较高程度的还原效果。

但在植被建模方面，由于其采用十字交叉面法，使得仿真模型仅在远处的效果较好，而近处的植被模型会有一定程度上的失真[6]。

SpeedTree，Xfrog等植物建模方面专业的仿真软件可以设计出真实感较强的植被模型。

但是，单独软件设计出的还原度较高的植被模型在导入到虚拟交通环境仿真系统之后，其风动效果因兼容性等问题而无法加载，致使植被的沉浸感较差。

本研究选用植物模型专业仿真软件SpeedTree对虚拟交通环境仿真系统中的树木植被进行仿真建模，高度还原轨道交通环境中真实存在的树木植被。

精灵粒子三维全息树在MAYA场景制作中的尝试一、大面积的森林在三维景观制作中的介绍。

1、三维景观制作离不开树的制作，我们经常能见到这样的情景，青山绿水，茂密的树林这样的景观制作，为展示我们喜欢的风景和境界立下了汗马功劳。

树木由于枝叶的茂密，树种的丰富，树冠的庞大而导致复杂非凡。

如果用三维软件来表示的话，百万个面也未必能将其展示完全。

所以，只要在需求量很小的情况下，制作人员才会在三维场景中，制作复杂的树木。

如果需要在三维软件中制作数量庞大的树木的时候，往往另辟蹊径。

2、SPEEDTREE和FOREST STORM在三维软件中，AUTODESK MAX 的用户非常熟悉的一款制作树木的插件，就是FOREST STORM 和SPEED TREE。

其中SPEEDTREE能非常快的帮助用户制作出各种各样的复杂树木应用到场景中，并能徐徐摆动。

但是由于树木的数据量非常的大，即使连MAX 这种能承受绝大多边形树木的软件也很难成规模的使用。

往往点缀重点地段即可。

当然，SPEED TREE 也提供了快速的办法，这里暂时不做阐述。

另外一种软件就是可以帮助用户很容易的生成大面积森林的FOREST STORM 这种软件的原理就是在需要种植树木的区域离散很多点阵。

在这些点阵的基础上，随机的布置不同树木，不同大小，不同密度的树木图片，并将这些图片始终匹配瞄准摄像机。

并在摄像机的可视范围内裁减掉摄像机以外看不到的区域树木。

如图：这样做的好处是极大的节省了多边形的数量，却能够大批量的增加了树木的数量和种类，可以非常有效的表现出浩瀚庞大的森林。

所以这种制作方法依然十分普遍的在制作中使用。

缺点是，对摄像机的视角有一定要求，不能仰视俯视太大，摄像机的移动也不能太大，而且树木要求是从个角度看起来都相似的树木图片才行，否则的话，容易让人看出来树木的形状都是相同地，而是去真实感。

3、RPC 全息信息库这是一种插件，可以在三维景观中小面积的使用，把一个投射有360度全息树图像的面片放置在场景中，随着摄像机和树木之间的角度变化，全息图像把不同的角度的图片显示到面片上。

1.2.1 树木三维可视化模拟技术目前，用于构造植物形态结构的计算机模型很多，大致可分为3大类：第1类模拟用于生成仅从视觉上近似于植物的计算机图形，注重视觉效果的逼真性，而不是植物学理论的真实性；第2类模型称为静态结构模型，是利用三维数字化方法测定具体植物的形态结构后直接应用这些数据构造特定植物的形态模型；第3类模型是动态结构模型，能模拟植物的动态生长过程（郭焱等，2001；刘兴龙等，2008）。

有关树木形态生长可视化模拟的建模方法主要有以下几种：分形法（L系统、IFS法、DLA模型法）、几何结构法、粒子系统法、随机过程法和特征综合推理法。

（1）分形法理论生物学家Lindenmayer提出了著名的基于文法、侧重于植物拓扑结构的L系统（Lindenmayer，1968）；Mech与Prusinkiewicz提出了所谓的“开放式（open）L系统”；为了模拟植物的连续生长过程，Prusinkiewicz等还提出了时变L系统。

为了能够进一步应用微分方程表示植物的连续变化过程，Prusinkiewicz等又提出了微分L系统。

加拿大Calgary大学的Prusinkiewiez等人，以L系统为植物形态结构的描述框架，开发了Vlab虚拟植物系统（Prusinkiewiez，1975）。

李大锦、徐盛、袁震东等人应用L系统算法来模拟树木在不同环境下的生长状况（李大锦，2007）。

L系统经过不断的发展，已经成为一种应用广泛、功能强大的植物模拟方法，它强调计算机图形学与植物生长机理的结合。

但是，这种方法也存在着一些缺陷。

一方面，L系统生成一个字符发展序列是一个并行迭代过程，这和植物并行生长的特征相吻合。

基于这个特点，用L系统模拟植物的生长，提取其生长规则是关键，由于高大植物的生长规则不易提取，所以L系统不能很好的模拟高大植物；另一方面，在L系统具体编程实现时，形式语言的表示方法比较复杂，而且由于在产生式中同时描述植物的几何结构信息和拓扑信息，理解和使用也比较困难。

树木阴影快速生成与绘制算法与实现阴影是树木的重要视觉特征,它对提高树木绘制的真实感具有重要作用,同时阴影算法效率也是影响树木绘制效率的重要因素,因此树木阴影的快速生成和真实感绘制方法研究具有重要意义。

本文针对树木建模中广泛应用的布告板(Billboard)树木模型的特点,提出了Billboard树木模型阴影快速生成与真实感绘制算法。

该算法在传统阴影图(Shadow Map)算法的基础上,采用深度变换的方法解决了Billboard树木的自遮挡问题,使用阴影图滤波和屏幕阴影图滤波相结合的方法实现了树木软影效果,并利用图形硬件的多绘制目标(Multi Render Targets,简称MRT)功能对算法流程进行了优化,有效地提高了算法效率。

本文以当前主流树木引擎SpeedTree树木模型为例对算法进行了检验,实验结果表明,本文生成的Billboard树木阴影真实感强,同时具有较高的算法效率。

同主题文章[1].淮永建,王梅峰,左正兴,黄心渊. 虚拟环境中森林植被的实时可视化技术研究' [J]. 计算机工程与应用. 2004.(35)[2].杨洁. 管理信息系统的快速生成技术' [J]. 管理科学文摘. 1994.(07)[3].周从尧. 最小二乘法矩阵的快速生成' [J]. 数值计算与计算机应用. 1980.(03)[4].张静,陈晓军,何欣,任雪梅. 基于高斯模糊的软阴影算法的实现' [J]. 技术与市场. 2009.(09)[5].果子. 快速生成系统信息的文本' [J]. 黑龙江教育(高教研究与评估). 2004.(35)[6].杨心强. 一种快速生成CRC码的方法' [J]. 军事通信技术. 1987.(03)[7].张宏国,王强. CPM网络图计算机自动绘制算法设计' [J]. 信息技术. 2001.(08)[8].孙漠舟,费耀平. 一种新的实时阴影渲染算法' [J]. 现代电子技术. 2007.(12)[9].卓亚芬,赵友兵,石教英. 实时地形绘制算法综述' [J]. 计算机仿真. 2005.(03)[10].赵乃良,陈艳军,潘志庚. 基于数据修正的实时阴影反走样算法' [J]. 计算机辅助设计与图形学学报. 2006.(08)【关键词相关文档搜索】：计算机应用技术; 树木阴影; Billboard; Shadow Map; 阴影图滤波; Multi Render Targets【作者相关信息搜索】：北京林业大学;计算机应用技术;曹卫群;魏厚明;。

树木三维可视化论文：树木三维可视化模拟研究与系统实现【中文摘要】数字林业飞速发展,采用可视化技术与虚拟技术模拟树木生长和森林经营管理有着非常重要的意义。

现有的可视化软件存在与树木生理学结合不紧密等不足,因此,需要开发一种基于实测数据的树木形体结构的可视化模拟软件。

本文以黑龙江省牡丹江市穆棱地区天然次生林中的红松为研究对象,于2008年设置了14块标准样地,通过树干解析、枝解析的方法获取了18株红松的树干和树枝变量因子的数据资料(包括树高、直径、着枝深度、枝长、方位角等)。

本文以VC++为编程语言,结合OpenGL开放式图形库,开发了三维树木可视化系统,实现了基于实测数据和生长模型的红松形态结构模拟、外部3DS树木模型导入和森林环境场景的构建。

本文是林业公益性行业科研专项—森林经营规划软件的一部分,主要详细研究内容如下：1、研究树木三维可视化模拟技术和建模方法的发展状况,分析树木三维可视化模拟过程中存在的不足和缺陷,提出基于实测数据和生长模型的形态几何建模方法。

通过定义树木相关变量因子的结构体、类、函数及变量,加载实测数据文件并读取相关字段到树木结构体中,在经过初始化和渲染完成树木形态结构的绘制,实现了红松静动态模拟。

这种方法得到了较好的树木可视化效果,为其...【英文摘要】Nowadays, with the rapid development of the figures forestry, using the visualization techniques and virtual technology to simulate the growth of tree and forestmanagement process is very important. But the obvious biologyis not so close to the structure of tree, it needs developmentsuch as a tree-dimensional visualization software which basedon data mapping. This study was performed in Korean pine (Pinus koraiensis Sieb) plantations in muling, mudanjiang,heilongjiang province. Based on stem and branch...【关键词】树木三维可视化 OpenGL 虚拟森林【英文关键词】Three-dimensional visualization OpenGLVirtual forest【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【目录】树木三维可视化模拟研究与系统实现摘要3-4Abstract4 1 绪论7-25 1.1 引言7-8 1.2 树木三维可视化研究概况8-22 1.2.1 树木可视化模拟技术8-10 1.2.2 树木三维可视化图形建模方法10-18 1.2.3 树木三维可视化常用软件18-22 1.2.4存在的问题和不足22 1.3 研究目标与研究内容22-25 1.3.1 研究目标22-23 1.3.2 研究内容23-24 1.3.3 技术路线24-25 2 树木生长模型和几何形态模型的建立25-35 2.1 数据收集与整理25-28 2.1.1 红松简介25 2.1.2 地理位置及地形地势25 2.1.3 森林资源及评价25 2.1.4 数据收集及整理25-28 2.2 树木生长模型28-31 2.2.1 树木生长理论方程28-30 2.2.2 树木生长经验方程30-31 2.3 红松部分生长模型的确定31-32 2.3.1 树高生长模型31-32 2.3.2 胸径生长模型32 2.4 红松几何形态建模与绘制方法32-34 2.4.1 树干模型与绘制方法32-33 2.4.2 枝条模型与绘制方法33-34 2.4.3 树叶模型与绘制方法34 2.5 本章小结34-35 3 树木三维可视化系统的设计35-42 3.1 系统设计原则35 3.2 系统需求分析35-36 3.3 系统可行性分析36 3.4 系统总体框架36-37 3.5 程序结构与功能37-38 3.6 系统开发平台的选择38-41 3.6.1 VC++6.0编程语言38 3.6.2 OpenGL图形函数库简介38-40 3.6.3 OpenGL在VC++6.0环境下的框架建立40-41 3.7 本章小结41-42 4 树木三维可视化系统的实现42-58 4.1 系统类结构42-43 4.2 程序结构与功能实现43-57 4.2.1 用户界面的设计43 4.2.2 地面场景的设置43-45 4.2.3 红松单木实测数据的读取45-46 4.2.4 单木静动态三维可视化模拟46-50 4.2.5 虚拟生长环境的模拟50-53 4.2.6 3DS树模型的导入53-56 4.2.7 简单虚拟森林场景的模拟56-57 4.3 本章小结57-58结论58-59参考文献59-64攻读学位期间发表的学术论文64-65致谢65-66。