IFS分形图的交互式形状可控技术研究

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采用分形技术绘制的图形美观大方,具有很高的艺术价值。但在工业设计领域,怎样从形形色色,千变万化的分形图中找到符合设计要求的分形图,甚至能够按照自己的愿望来支配分形图的绘制和产生,则是正待研究的问题。迭代函数系统(IFS:Iterated Function System)是构造分形图的典型方法,是分形理论的重要分支,在分形造型、自然景物模拟以及图象压缩等方面具有广阔的应用前景。但IFS是一种数学概念,对使用者数学要求很高,IFS绘图在实际当中存在很多的困难及问题,即难以体现设计者的要求和思想,直接使用IFS进行分形图绘制需要输入大量的编码,并且可控性差,非常的不方便。形状文法(Shape Grammar),是一种使用带符号或“标记”的形状作为基本要素的,用语法结构分析和产生新的形状的设计推理方法。形状文法包含一些形状规则和形状的初始状态,通过不断的将规则应用于初始状态或者当前的形状来产生新的形状,得到新的设计结果。形状文法模型中形状的生成由形状规则和形状初始状态决定。应用形状语法的基本设计过程为:确定基本形状→确定空间关系→确定规则→确定形状语言→应用于设计。形状文法的优点在于,一旦设定了明确的初始状态和语法规则,在此前提下所有可能的设计结果都将包含在形状文法所定义的“形状语言”的范围之内,这样更适合于用计算机的数据结构来实现。本文研究根据“不动点多边形决定分形图的基本几何结构特征”的算法思想,以输入图案作为为形状文法的初始状态,再由设计人员通过屏幕窗口交互式操作,确定图案中不动点的空间关系,而用户通过交互式窗口可确定最终图案的形状特征,系统通过提取输入图案的IFS码和确定最终图案的IFS码,实现形状规则的过程,从而进行IFS分形图的设计。这种方法具有几何上直观的特点,能够在给定类似图案的基础上,充分表达出设计者的思想和艺术理念,绘制出设计者要达到的目标分形图。本文提出了一种改进交互式参数调整方式的算法,引入一种具有直观几何意义的参量。与传统的参数算法相比较,在参数调整上具有较强的直观性,可以按照事先预设的设计规则进行构图。本文建立了具有几何直观意义的参数模型,间接调控原迭代函数系统中的参数,产生新的迭代函数系统,使得能够按照一定的图形设计规则控制分形图的演化。最后,利用以上算法研究及实现交互式形状文法分形图设计系统。将形状语法的交互式设计及IFS分形图生成算法在VC++环境下,进行Windows程序实现,得到迭代函数系统的交互式分形生成软件,意图使得应用此软件可以方便的进行交互输入,以及对仿射变换的直接修改,可以生成具有自相似性的分形吸引子。也可以对吸引子直接进行变换,以生成用户满意的分形。
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