4、树木建模动画与MPM固体变形模拟技术解析

树木建模动画与MPM固体变形模拟技术解析

1. 树木建模与动画

树木模型的生成是一项具有挑战性的任务。近年来，点云技术在树木建模中得到了广泛应用，因其可以通过Kinect设备轻松捕获树木的点云数据。Runions等人提出的SC算法，能够基于人工点云和树冠生成树木模型，该算法有效解决了树枝交叉问题，其原理基于植物生长理论，即骨架节点之间竞争生长空间。

1.1 树木建模步骤

• 点云捕获 ：使用Kinect设备捕获树木的点云数据。
• 骨架生成 ：运用SC算法，根据捕获的点云数据生成树木的骨架。
• 数据结构设计 ：设计骨架节点数据结构和分支数据结构。
• 层次结构构建 ：使用自定义引擎构建树木的层次结构。
• 几何模型生成 ：利用广义圆柱体生成树木的几何模型，并使用管道模型估算树枝的半径。

1.2 树木动画

在获得静态树木模型和树枝的动态属性后，需要一个基于物理的模型来实现数据驱动的树木动画。受Hu等人基于模态分析的树木动画模型的启发，我们将树枝假设为弯曲梁，采用简化的基于物理的树木动画模型。

具体步骤如下：
1. 动态方程建立 ：利用模态分析建立并求解树枝运动的动态方程。从频率信号中，假设第一主导频率对运动有显著影响，因此只考虑第一主导模式。动态方程为：
[