摘 要

现代社会发展的速度相比以往来说更加的快了。生活在现代的人类对生活的要求也不可同日而语。在观看一些影视剧时，不仅对画质有要求，而且对所体会到的画面也有着更高级的要求，这也是计算机图形学，计算机仿真技术得以快速发展的一个重要因素。所以利用计算机实现树木在风中的摆动模型的可视化演示的研究是非常有必要的。

本文所采用数据为真实扫描数据。为了建立可视化模型，在进行本次研究时采用了大量的物理学与统计学的分析方法。经过查阅大量文献与实验，以及在MatLab环境下，结合MatLab编译语言进行运算与模拟。本次模拟项目主要分为了树的枝干的模拟，风场的模拟，树的枝干的离散化模拟，树在风中运动的模拟情况，以及根据风场的不同建模对树木模型的形态变化会带来的什么影响。在本文中，将详细介绍目前所做的一部分研究，包括研究方法及具体的代码实现以及在各种方面所做的考虑。在建立风场模型时，做了简单的方向指引，建立树模型的时候运用了真实地激光雷达扫描数据，在考虑树干的时候，考虑到树干比树冠的任何一个枝干都要粗壮，因此树干是与树冠分别描画的。在建立离散化模型时，充分考虑枝干的唯一性，对于枝干的离散点均匀划分。在考虑枝干受风场力作用而发生形态变化时，利用了文献中的公式，计算了运动形变的量，并在原模型的基础上对模型进行变形。

关键词：物理模型；形态变化；模拟；

ABSTRACT

The pace of modern social development was much faster than in the past. Life demands for living in modern humans cannot be same as the past. Watch some TV drama, not only for quality requirements, and also has higher requirements to the experience to the picture, this is also a computer graphic and computer simulation technology can be an important factor in the rapid development. So it will be of great use the computer to realize the research of the visual demonstration of the swing model of trees in the wind.

The data used in this paper are real scanning data. In order to establish a visual model, a large number of physical and statistical analysis methods were used in this study. After consulting a lot of literature and experiments, as well as in the MatLab environment, combined with MatLab compiler language for computing and simulation. The simulation program to simulate the branches of the tree, wind field simulation, simulation of the discretization of the branches of the tree, tree in the wind motion simulation, and according to the morphological changes of different modeling of wind field on the tree model will bring what effect. In this paper, a detailed introduction of the current part of the research, including research methods and specific code implementation and in a variety of ways to do. In the establishment of the wind field model, the simple direction, tree model is established using the real scan data of laser radar, in consideration of the trunk, taking into account the trunk than any one of the branches of the canopy are stout so that the tree is and crown were painted. In the establishment of the discrete model, considering the uniqueness of the branches, the branches of the discrete points of uniform partition. In considering branches by wind force and morphological changes, the use of formula in literature, a quantitative evaluation of the motion and deformation, and on the basis of the original model to deform the model.

Key words：computer simulation; Morphological changes; physical model;

目 录

第一章 引言 2

1.1 选题背景及研究意义 2

1.1.1 选题背景 2

1.1.2 研究意义 2

1.2 现阶段研究动态及发展趋势 2

1.3研究技术简介 2

1.3.1 MatLab软件介绍 2

1.3.2激光扫描在林分中应用 2

1.3.3 计算机仿真技术 2

1.4 本文研究内容及章节安排 2

第二章 基于MatLab模型建立 2

2.1 单个树干模型的建立 2

2.2 所有枝干模型的建立 2

2.3 离散化过程及结果 2

2.3.1 离散化单个枝干 2

2.3.2 离散化整个树干模型 2

2.4 风场模型 2

第三章 树干运动模型 2

3.1 单个枝干的分析 2

3.2 整条树枝的形态变化分析 2

3.3 整棵树的受力形变分析 2

3.4 基于仿真树模型的风力载荷下的形态变化 2

第四章 模拟方法 2

4.1 静力学方法 2

4.2 基于树木关节建模的方法 2

4.3 本文所用模拟方法 2

第五章 结论 2

5.1 总结 2

5.2 对现有方法的讨论 2

5.3 今后工作的展望 2

致 谢 - 2 -

参考文献 - 2 -

第一章 引言

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1 选题背景

每每观看好莱坞大片都会被里面的画面所震撼，我们国产电影与好莱坞大片的差距就在于特效，卡梅隆导演的《阿凡达》、《泰坦尼克号》等电影堪称为经典，他在电影中运用的计算机图形学仿真技术淋漓尽致的为世人展现了强大的视觉效果，让观影者身临其境。自此，一发不可收拾，特效已经成为好莱坞大片的标志，一方面是因为特效可以给人们带来身临其境的感觉，另一方面是因为随着现代科技的发展，计算机在研究各种项目时都已经得心应手，制作特效在计算机的帮助下成本已经越来越小。在现实生活中，我们还有一种东西是经常看见的，那就是游戏，无论是网游还是页游都对画面有着极高的要求，在市场优胜劣汰的环境下，计算机仿真技术已经得到了很大的普及。

在现如今的社会中，有着很多的研究方向，而在我们计算机专业来说，如何将计算机与现代社会研究方向结合起来是尤为重要的。而计算机图形学的不断发展下，我们意识到计算机图形学能做的事情越来越多，在自然仿真这一部分计算机图形学有着莫大的功劳。自然仿真模拟的意义在摘要部分已经解释过了，那么在自然仿真研究部分存在的难点是哪里呢？在于自然界环境的复杂度以及自然景物的独一无二性，和自然景物之间相互联系的复杂度。在自然界中牵一发就有可能动全身，自然界之间的食物相互联系，如果在真实的大自然中处理不好事物的相互联系，就有可能引发蝴蝶效应。