利用BillBoard实现虚拟植物集群生长显示

第２９卷第１３期Ｖｏ／．２９№１３

计算机工程

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

２００３年８月

Ａｕｇｕｓｔ２００３

?基金项目论文?文章■号，ｌｏｏｏ—３４２８‘２００３）１５—彻５２—０２文蕾标识码，Ａ中田分娄号：ＴＰ３９１９利用ＢｉｌｌＢｏａｒｄ实现虚拟植物集群生长显示

羽晓东，黛溯Ｆ，蒋立华。罗较先

（西安交通大学生态环境与现代农业中心，西安７１００４９）

搞蔓：介绍Ｔ，｝ｌＪ用动态纹理位图生成技术和ＢｉｌｌＢｏａｒｄ技术相结合，实时显示虚拟植物群体生长的方法。利用这些技术有效减低Ｔ３Ｄ场景中的多边形数量，保证了实际应用中的显示效果和速度。

关ｔ嗣：模型；纹理；虚拟植物；贴图；ＢｉｌｌＢｏａｒｄ

ＧｒｏｕｐＶｉｒｔｕａｌＰｌａｎｔｓ’ＧｒｏｗｔｈＵｓｉｎｇＢｉＵＢｏａｒｄ

ＬｌＵＸｉａｏｄｏｎｇ。ＸＩＯＮＧＨａｉｑｉａｏ。ＪＩＡＮＧＬｉｈｕａ。ＬＵＯＹｉｘｉａｌｌ

（ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＭｏｄｅｍＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＣｅｎｔｅｒ，Ｘｉ＇ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００４９）

‘ＡｂｓｔｒａｃｔｌＴｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｇｅｎｅｒａｔｅｄｔｅｘｔｕｒｅｃｏｍｂｉｎｅｓｗｉｔｈｔｈｅＢｉｌｌＢｏａｒｄｔｏｄｉｓｐｌａｙｇｒｏｕｐｖｉｒｔｕａｌｐｌａｎｔｓ’ｇｒｏｗｔｈＵｓｉｎｇｔｈｅｓｅ

ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｃａｌｌｎｏｌｏｎｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｏｌｙｇｏｎｎｕｍｂｅｒｉｎａ３Ｄｓｃｅｎｅ

ｃｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｂｕｔａｌｓｏｃｎｓＨｒｅｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｐｅｅｄ

ＩＫ竹ｗｏｒｄｓ】Ｍｏｄｅｌ；Ｔｅｘｔｕｒｅ；Ｖｉｒｔｕａｌｐｌａｎｔ；Ｍａｐｐｉｎｇ；ＢｉｌｌＢｏａｒｄ

ｌ概述

在微机Ｅ模拟显示植物生长过程时，研究人员希望在显示植物生长过程ｌ申得到系统反馈数据。在我们的虚拟植物生长系统中的单株植物生长显示效果如图ｌ所示，为了增加显示的真实感，模拟显示植物在自然环境中的群体生长也是很有必要的。如何利用个体植物的生长数据表征出群体植物的生长“阵势”，正是本文所要解决的问题。

为了更真实地显示图像，３Ｄ模型也变得更加复杂。图Ｉ所水的是某单株虚拟植物的生长过程。这株虚拟植物根部的确形面片数量为４０００～８０００个，单片叶子的三角形面片数量为２００个左右，每一节杆的三角形面片数量为５０个左右，兰角形面片数量随着植物的生长壮大将不断增多。对于显示植物群体来讲，如果群体中的每一株都用同样的方式进行建模、控制和显示，由于三角形面片数量增加太多，计算量大夫增加，特别当植物模型过于复杂或群体太多时，保证显示的实时性将变得十分困难。显然，应当寻求一种新的方法，既町以显示植物集群生长过程又可以减少显示时计算机处理的计算量。

圈ｌ直攮植囊生长量示效果

在汁算机上进行虚拟植物集群显示时，研究人员真正关注的是一株或儿株植物，群体中其它植株的作用只是盘起“阵势”增进显示的真实感。在集群显示过程中只需建立一株或儿株基于模型和控制的虚拟植物，就可以既满足显示效果又达到实时显示，农业专家所需的数据全都可由这一郭分模型得到，呵集群植物中的其它的植株不是由模型所建立的

５２而是基于图像变化的，我们提出了一种基于ＢｉｌｌＢｏａｒｄ的技术来实现这一部分植物的显示方法。具体实现是将植物动态生长的图片贴在ＢｉｌｌＢｏａｒｄ上，然后将它放到虚拟场景中进行显示。微机仍然可以以３０帧，ｓ以上的速度显示，而在娃示效果上就像真的是一群植物在生长一样。

２ＢｉｌｌＢｏａｒｄ简介

ＢｉｌｌＢｏａｒｄ又称公告牌，是增加图形真实感的一种常用手段。为了提高渲染速率，在实时的计算机图形计算中，常常使用简化的模型，用很少的多边形数目加上适当的纹理来表现较为复杂的物体。ＢｉｌｌＢｏａｒｄ可向任意方向转动。在实现中，转动方式要符合以下条件：在ＸＯＹ平面ＥＢｉｌｌＢｏａｒｄ随着视点的位置变化绕ｚ轴转动，四边形始终平行于ｚ轴，并始终朝向视点。这样，在植物生长场景中进行虚拟漫游时，所有的ＢｉｌｌＢｏａｒｄ都朝向视点位置。

３集群植物生长的实现

在ＢｉｌｌＢｏａｒｄ上贴上植物动态生长的图片不可能是事先准备好的。因为我们描述的是植物由幼苗长到成熟的生命过程，这个过程中基于模型的单株虚拟植物按时间顺序地挺出叶ｒ、杆、花和果实，贴在ＢｉｌｌＢｏａｒｄ上的图片要想表征这个过程就必须动态地生成。

３．１ＢｉｌｌＢｏａｒｄ的生成

（１）首先确定ＢｉｌｌＢｏａｒｄ的中心位置和长宽距离：中心位置决定了ＢｉｌｌＢｏａｒｄ在虚拟场景中的空间位置，长宽距离决定了ＢｉｌｌＢｏａｒｄ的大小。这两个值最终决定了集群植物显示的位置和大小。

（２）ＢｉｌｌＢｏａｒｄ四边形４个顶点的确定：如图２所示，要求的是图中ｌ、２、３、４四个顶点。图中有３个向量Ｖ１、Ｖ２和Ｖ３，为了求得４个顶点坐标，必须要知道Ｖ２和Ｖ３的值。因为ＢｉｌｌＢｏａｒｄ始终平行于ｚ轴，所以Ｖ２始终和ｚ轴同方向。

基盒疆日：国家“８６３”计划资助项目（２００ｉＡＡＩ５４Ｉｏ）

作者蕾介：刘晓东（１９５４－－），男，副教授，从事人工智能与虚拟现实技术的研究与应用；熊海桥、蒋立华、罗轶先，硕士生

牧誓日期：２００２－０８．１５　万方数据