36、树木非真实感渲染与模型创建的多分辨率方案

树木非真实感渲染与模型创建的多分辨率方案

在计算机图形学领域，树木的渲染和3D模型的创建一直是重要的研究方向。本文将介绍两种相关的技术方案，一种是用于树木非真实感渲染的多分辨率模型，另一种是通过速度控制表面变形来半自动创建3D模型的方案。

树木非真实感渲染的多分辨率模型

在树木的渲染中，为了实现不同细节层次（LOD）的展示，需要对树叶和树枝的信息进行聚类和简化处理。

聚类和简化

• 聚类方法 ：生成树叶不同LOD需要简化方法，先对树叶的笔触进行聚类。有两种聚类方式，一是将树叶两两聚类并合并成一个对象；二是利用树的拓扑信息将树叶按共享同一树枝等方式聚类，这种方式能保留树叶自然布局，但简化效果欠佳。本文提出基于嵌套凸包的聚类方法，计算一组嵌套凸包，用相邻凸包间的笔触填充聚类。具体计算时，取所有树叶多边形中心形成的点云，求其凸包并移除属于凸包的点，重复此过程直到剩余三点或更少，然后选取用户指定数量的凸包，这些凸包在最大凸包和包含至少10%树叶笔触的最小凸包之间等间距选取，再对每个树叶聚类应用简化算法，且更倾向于简化内部聚类。
• 简化方法 ：使用LSA算法并做了两点改进，允许超过两片树叶的合并，且避免在渲染时计算树相对于观察者的方向，加快笔触提取，减少渲染时间。根据LSA的距离和共面性标准合并树叶，随着简化进行和更粗糙LOD的生成，增加距离和共面性角度阈值，算法为每个笔触聚类生成一组LOD，每个LOD包含简化为单个笔触的笔触组。

渲染

多分辨率建模需要数据表示、简化算法和LOD提取算法进行渲染。