花开期花瓣的形变模拟

来源 :浙江大学理学院 浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:menangchen
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花开动画一般是以“手工建模+关键帧”的方式来生成,这样不仅耗时耗力,而且其结果很难符合花生长的植物或生物学规律。为了克服传统方法的这些缺点,我们提出了基于草图的建模和生物驱动模型自动生成花开动画的方法。该方法只需要用户通过基于草图快速建立花的初始形态模型和最终形态模型,然后就能基于生物学的动态生长模型来自动生成花瓣在花开过程的连续形变。首先在草图界面勾勒花的组成部件花瓣、雌蕊、雄蕊等以及其花开前后两个状态的外形,系统将基于特定花序模式生成花苞和成花模型;然后将两个模型分解为一系列元素,分别进行对比和分析,提取描述花瓣几何模型的生长参数集,建立一个基于生物学的生长函数,以此来指导花瓣的连续变形过程;在变形的过程中,花瓣间必须保持一定的距离,以避免花瓣间的相交。为此我们提出了一种新的快速有效的花瓣碰撞检测算法,在花瓣变形前的每一个时刻,快速检测花瓣间的碰撞情况,并以弹开的方式避免了相邻花瓣间的相交。上述方法不仅避免了传统方法繁琐的手工交互,而且基于生物学的动态生长模型为中间帧的生成提供了比手工交互更准确的控制,因此生成的花开动画更加符合花生长的自然规律,并且操作简单,用户不需要除常识以外的植物学专业知识。本文的主要贡献为:(1)基于草图的建模方式和花开的生物学规律,简化了花的建模以及花开动画制作的流程。(2)根据生物学原理建立了一个动态生长函数来模拟花开放过程中花瓣的连续变形过程。(3)提出了一种新的快速有效的算法来检测花瓣变形过程中的相互碰撞。(4)改进了直线与B样条曲面的求交算法,提出一种新的方法来计算B样条曲面的包围盒-区间拓展,并应用到我们的碰撞检测算法中。
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