基于SpeedTree的树木三维可视化
基于OSG的Speedtree植物模型绘制研究
将 Ｓ ｅｄｒｅ ｐ ｅｔｅ 的植物模 型导入 Ｏ ｅＳ ｅｅ ａ ｈ（ ｐ ｎ ｃｎＧｒｐ 以下简称 ０ｓ Ｇ）三维渲染 引擎 ，从 而提 高林 业可视化 系统 中植 物模型 的真
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Vega Prime之SpeedTree模块程序设计
数 视景游戏 的特定特征 。Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｔ ｒ ｅ ｅ 模块 能对 Ｖ ｅ ｇ ａ Ｐ ｒ ｉ ｍｅ 应 用 中 高 密度 植 被 进 行 定 义 和 渲 染 ，能 在达 到最 佳视 觉效 果 的 同 时 保 持 原 有 的 渲染 效 率 不 变 ，能 生 成 具 备 碰 撞 映 射 、阴 影 和 精 细 纹 理 的植 被 效 果 ，提 供 具 有 ２ ０ ０种 树 和 植 物 种 类 的 模 型 库 ，包 括 阔 叶 树 、针 叶树 、棕 榈 树 、仙 人 掌 和 灌 木 ．允 许 对 现 有 树 型
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摘 要 ：Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｔ ｒ ｅ ｅ 模 块 能 够在 实时 帧 率 下进 行 真 实感植 被 景 观 的 定 义与 渲 染 ，生 成具 备碰 撞 映
射 、 阴影和 精 细 纹理 的植 被 效果 。 结合 实例 ，介 绍 了 Ｖｅ ｇ ａ Ｐ ｒ ｉ ｍｅ中 Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｔ ｒ ｅ ｅ 模 块 的基 本程 序 设
计 方法 ，在 此基 础上 可 以开发 Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｔ ｒ ｅ ｅ 模 块的具 体应 用 。
关键 词 ：Ｖ ｅ ｇ ａ Ｐ ｉ ｒ ｍｅ 平 台；Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｔ ｒ ｅ ｅ 模 块 ；模 型 定义 文件 ；交 叉引 用文件
基于SpeedTree的树木三维可视化
基于SpeedTree的树木三维可视化摘要：以某高校为例，研究树木的三维可视化。
首先通过外业实地拍摄校园树木，获取树木树皮以及树叶贴图，使用Photoshop对图片进行处理生成材质贴图，经过Crazybump转换生成法线贴图。
建模材质完成后，利用 SpeedTree 软件对树木进行建模，完成的模型制作3D符号，导入ArcGIS中，对学校局部区域的树木进行三维林分建模仿真，实现一定的树木属性查询功能，分析树木三维可视化效果。
结果表明使用SpeedTree软件制作的树木模型对于模拟三维林分场景效果较好。
关键词：SpeedTree；三维可视化；ArcGIS；建模；林分场景一、国内外研究现状目前国内很多学者对于树木三维可视化技术有很多研究，并大致分为以下三种方式：基于 L-System理论的分形研究、运用迭代函数系统的IFS（Iterated Function System）方法及粒子系统模型方法，这种分类方法是依据选择模型的异同进行的。
本文采用第一种方法，使用SpeedTree软件对树木进行建模。
目前大多数文章探讨使用Sketch up，3ds max等软件对树木进行建模，虽然已获得了初步的研究成果，但由于软件的局限性，对于树木在自然中的状态的展现还是有所不足。
文中利用SpeedTree软件进行树木三维建模，SpeedTree能最大程度地平衡性能和视觉效果，满足植物景观可视化需求，较好的展现自然界树木形态。
并且以 GIS 技术为辅助，功能强大，包含数据管理、三维分析、空间数据分析等。
二、制作过程及方法1、前期准备建模前期的准备工作十分重要，准备工作充分与否直接影响后期树木模型的制作。
树木的定位主要根据树根坐标位置，根据具体树木位置布置树木坐标，同时调查树木属性信息，为建立树木数据库奠定基础。
树木可视化建模时，首先拍摄校园内所需树种的树木，拍摄的原则是选取树木生长状况良好，叶子尽量多。
拍摄过程中，尽量以一张白纸为背景，为后期图片处理做好准备工作，减少工作量。
基于SpeedTree工具的
• 建成模型示例
某灌木
红花木莲பைடு நூலகம்
苏铁
2.使用SpeedTreeCAD
• 2.1安装软件
• 2.2 使用
• 2.2.1界面简介
第一次运行软件时，需要输入厂商提供的key。（见附件文档）
工具主界面
视
图
区
参数面板 区
工具栏
2.2.2 参数化调节 SpeedTreeCAD是通过调整树木几何形态参数来改变 树的外形。主要包括对主干、树枝、树叶的参数化调整。 另外还有LOD、材质、光照设置。 用户通过参数面板提供的参数接口调整树木的几何 形态结构和纹理特性。一般使用比较多的是对树主干、树 枝、树叶的调整。 下面简单介绍主干、树枝、树叶的参数面板使用。 详细的参数说明可以参考附件文档：SpeedTree特性分析。
4.几点建议
• 野外调查前先熟悉建模软件，了解建模的关键参数，这样 •
野外调查时可以有针对性、详细测量关键几何参数。 采集不同年龄，不同特征的纹理。从整棵树、主干、枝条、 叶柄等不同尺度，不同视角拍摄树木的整体形态和分支情 况。
基于SpeedTree工具的
真实感三维单树建模
教育部 空间数据挖掘与信息共享重点实验室 福州大学 福建省空间信息工程研究中心
空间数据挖掘、地理过程建模与仿真（SDMVGE)研究小组 2009.06
1.关于SpeedTree
• SpeedTree是用于虚拟树木建模及视景仿真
的一系列软件工具，包括SpeedTreeCAD、 SpeedTreeMax、SpeedTreeRT等。 • 应用于游戏、动画、军事仿真、景观设计 等。 • 此次使用SpeedTreeCAD进行树木几何参数 建模。 • 目前使用的为2008年12月试用版，建议使 用前将电脑系统时间设置到2009年1月前。
虚拟交通环境中的树木仿真风效研究
虚拟交通环境中的树木仿真风效研究肖聪;唐毓涛【摘要】将现实中的交通环境进行虚拟仿真时必须利用虚拟模型构建环境中实际存在的树木,为了提高其真实度,在建立契合实际的树木模型的同时,也需要考虑树木在风中的动态效果.为此,文章将选用SpeedTree三维植物建模软件所生成的树木模型导入到虚拟交通环境仿真系统中,并通过加载相关风场模型,利用过程法结合一系列的函数方程,模拟树木在风中的动态效果,使得整个虚拟交通环境场景的沉浸感得到大幅度增强.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2018(015)007【总页数】5页(P104-107,128)【关键词】虚拟环境;树木仿真;风场模型;动态效果【作者】肖聪;唐毓涛【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都 611756;西南交通大学电气工程学院,四川成都 611756【正文语种】中文1 虚拟交通仿真系统设计背景虚拟交通仿真系统可用于系统设计、人员培训、预案演练等领域，促进了交通系统的快速发展[1]。
在虚拟交通环境仿真系统中，视景仿真是构建其场景模型以及动画效果的关键技术[2-4]。
而虚拟环境仿真系统中的树木植被是视景仿真场景中的重要组成部分，渲染出具有高真实感的树木植被决定着整个场景的沉浸感[5]。
目前，针对城市轨道交通的虚拟仿真系统通常采用开放场景图（Open Scene Graph，OSG）对其真实环境进行视景仿真，OSG作为三维图形库在道路、建筑物等方面都有较高程度的还原效果。
但在植被建模方面，由于其采用十字交叉面法，使得仿真模型仅在远处的效果较好，而近处的植被模型会有一定程度上的失真[6]。
SpeedTree，Xfrog等植物建模方面专业的仿真软件可以设计出真实感较强的植被模型。
但是，单独软件设计出的还原度较高的植被模型在导入到虚拟交通环境仿真系统之后，其风动效果因兼容性等问题而无法加载，致使植被的沉浸感较差。
本研究选用植物模型专业仿真软件SpeedTree对虚拟交通环境仿真系统中的树木植被进行仿真建模，高度还原轨道交通环境中真实存在的树木植被。
精灵粒子三维全息树在MAYA场景制作_水晶石陈菁杉
精灵粒子三维全息树在MAYA场景制作中的尝试一、大面积的森林在三维景观制作中的介绍。
1、三维景观制作离不开树的制作，我们经常能见到这样的情景，青山绿水，茂密的树林这样的景观制作，为展示我们喜欢的风景和境界立下了汗马功劳。
树木由于枝叶的茂密，树种的丰富，树冠的庞大而导致复杂非凡。
如果用三维软件来表示的话，百万个面也未必能将其展示完全。
所以，只要在需求量很小的情况下，制作人员才会在三维场景中，制作复杂的树木。
如果需要在三维软件中制作数量庞大的树木的时候，往往另辟蹊径。
2、SPEEDTREE和FOREST STORM在三维软件中，AUTODESK MAX 的用户非常熟悉的一款制作树木的插件，就是FOREST STORM 和SPEED TREE。
其中SPEEDTREE能非常快的帮助用户制作出各种各样的复杂树木应用到场景中，并能徐徐摆动。
但是由于树木的数据量非常的大，即使连MAX 这种能承受绝大多边形树木的软件也很难成规模的使用。
往往点缀重点地段即可。
当然，SPEED TREE 也提供了快速的办法，这里暂时不做阐述。
另外一种软件就是可以帮助用户很容易的生成大面积森林的FOREST STORM 这种软件的原理就是在需要种植树木的区域离散很多点阵。
在这些点阵的基础上，随机的布置不同树木，不同大小，不同密度的树木图片，并将这些图片始终匹配瞄准摄像机。
并在摄像机的可视范围内裁减掉摄像机以外看不到的区域树木。
如图：这样做的好处是极大的节省了多边形的数量，却能够大批量的增加了树木的数量和种类，可以非常有效的表现出浩瀚庞大的森林。
所以这种制作方法依然十分普遍的在制作中使用。
缺点是，对摄像机的视角有一定要求，不能仰视俯视太大，摄像机的移动也不能太大，而且树木要求是从个角度看起来都相似的树木图片才行，否则的话，容易让人看出来树木的形状都是相同地，而是去真实感。
3、RPC 全息信息库这是一种插件，可以在三维景观中小面积的使用，把一个投射有360度全息树图像的面片放置在场景中，随着摄像机和树木之间的角度变化，全息图像把不同的角度的图片显示到面片上。
文献综述-树木可视化
1.2.1 树木三维可视化模拟技术目前，用于构造植物形态结构的计算机模型很多，大致可分为3大类：第1类模拟用于生成仅从视觉上近似于植物的计算机图形，注重视觉效果的逼真性，而不是植物学理论的真实性；第2类模型称为静态结构模型，是利用三维数字化方法测定具体植物的形态结构后直接应用这些数据构造特定植物的形态模型；第3类模型是动态结构模型，能模拟植物的动态生长过程（郭焱等，2001；刘兴龙等，2008）。
有关树木形态生长可视化模拟的建模方法主要有以下几种：分形法（L系统、IFS法、DLA模型法）、几何结构法、粒子系统法、随机过程法和特征综合推理法。
（1）分形法理论生物学家Lindenmayer提出了著名的基于文法、侧重于植物拓扑结构的L系统（Lindenmayer，1968）；Mech与Prusinkiewicz提出了所谓的“开放式（open）L系统”；为了模拟植物的连续生长过程，Prusinkiewicz等还提出了时变L系统。
为了能够进一步应用微分方程表示植物的连续变化过程，Prusinkiewicz等又提出了微分L系统。
加拿大Calgary大学的Prusinkiewiez等人，以L系统为植物形态结构的描述框架，开发了Vlab虚拟植物系统（Prusinkiewiez，1975）。
李大锦、徐盛、袁震东等人应用L系统算法来模拟树木在不同环境下的生长状况（李大锦，2007）。
L系统经过不断的发展，已经成为一种应用广泛、功能强大的植物模拟方法，它强调计算机图形学与植物生长机理的结合。
但是，这种方法也存在着一些缺陷。
一方面，L系统生成一个字符发展序列是一个并行迭代过程，这和植物并行生长的特征相吻合。
基于这个特点，用L系统模拟植物的生长，提取其生长规则是关键，由于高大植物的生长规则不易提取，所以L系统不能很好的模拟高大植物；另一方面，在L系统具体编程实现时，形式语言的表示方法比较复杂，而且由于在产生式中同时描述植物的几何结构信息和拓扑信息，理解和使用也比较困难。
基于SPEEDTREE软件虚拟园林植物的建造研究
图 5 Tree Storm 植物模型 图片来源：Tree Storm 教程
使 用 Tree Storm 的 树 木 库 可 以 选 择 不 同 种 类 的 树 木。该插件的优点之一就是可以制作出不同种类的树木 模型。Tree Storm可以对树木模型的树干，树枝等的数量 进行设置，这样就可以根据场景的需要制作不同精度的 树木效果。虽然该插件提供了多种树木模型，但是考虑 到不能完全满足用户的需求，所以通过该插件的部分功 能允许用户自己制作树木模型效果。 1.4.3 X frog X frog 同 样 也 是 基 于 3D 的 一 款 插 件 。 X frog 所 建 模 型 非 常 逼 真 ，而 且 自 带 的 植 物 种 类 非 常 多 ， 提 供 的 模 型 库 超 过 600 种 植 物 ，不 仅 可 以 制 作 树 木 ，花 卉组件，还可以制作地被以及动画等，树叶，树干，花朵 都 采 用 实 物 扫 描 ，更 为 真 实 。 材 质 方 面 例 如 树 皮 ，树 叶，花卉等可以通过相关的贴图来实现，贴图通过PS处
现 植 物 的 可 视 化 技 术 的 表 达 ，使 植 物 设 计 的 内 容 通 过 计 算 机 的 可 视 化 技 术 表 达 出 ，是 设 计 师 与 读 者 交 流 的 工 具 。 因 此 ，研 究 植 物 可 视 化 技 术 方 面 的 内 容 是 为 了 更好的表达出植物方向的设计信息，易于修改，易于交 流（图1）。
安徽农学通报，Anhui Agri.Sci.Bull.2016，22（16）
模拟风吹树叶的效果。自带的植物库提供280种基本树 木模型和140种树叶模型，加上大量可以调整的参数，可 以创造出许多植物，包括乔木，灌木，草本（图3、图4、图 5）。
图 3 Tree Storm 场景 图片来源：Tree Storm 教程
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基于SpeedTree的树木三维可视化
摘要：以某高校为例，研究树木的三维可视化。
首先通过外业实地拍摄校园树木，获取树木树皮以及树叶贴图，使用Photoshop对图片进行处理生成材质贴图，经过Crazybump转换生成法线贴图。
建模材质完成后，利用 SpeedTree 软件对树
木进行建模，完成的模型制作3D符号，导入ArcGIS中，对学校局部区域的树木
进行三维林分建模仿真，实现一定的树木属性查询功能，分析树木三维可视化效果。
结果表明使用SpeedTree软件制作的树木模型对于模拟三维林分场景效果较好。
关键词：SpeedTree；三维可视化；ArcGIS；建模；林分场景
一、国内外研究现状
目前国内很多学者对于树木三维可视化技术有很多研究，并大致分为以下三
种方式：基于 L-System理论的分形研究、运用迭代函数系统的IFS（Iterated Function System）方法及粒子系统模型方法，这种分类方法是依据选择模型的异
同进行的。
本文采用第一种方法，使用SpeedTree软件对树木进行建模。
目前大
多数文章探讨使用Sketch up，3ds max等软件对树木进行建模，虽然已获得了初
步的研究成果，但由于软件的局限性，对于树木在自然中的状态的展现还是有所
不足。
文中利用SpeedTree软件进行树木三维建模，SpeedTree能最大程度地平
衡性能和视觉效果，满足植物景观可视化需求，较好的展现自然界树木形态。
并
且以 GIS 技术为辅助，功能强大，包含数据管理、三维分析、空间数据分析等。
二、制作过程及方法
1、前期准备
建模前期的准备工作十分重要，准备工作充分与否直接影响后期树木模型的
制作。
树木的定位主要根据树根坐标位置，根据具体树木位置布置树木坐标，同时
调查树木属性信息，为建立树木数据库奠定基础。
树木可视化建模时，首先拍摄校园内所需树种的树木，拍摄的原则是选取树
木生长状况良好，叶子尽量多。
拍摄过程中，尽量以一张白纸为背景，为后期图
片处理做好准备工作，减少工作量。
树叶拍摄时，选取能够表现树木特征的树叶，并且多组拍摄。
选择多形状树叶，可使后期做出的树木模型更加丰富、逼真。
有
时树叶拍摄时也可以选择单片树叶，在树叶节点可另行添加，使树木模型更加贴
近真实。
某些树种的叶子为单叶，此时理应选取单片叶子进行拍摄。
2、图片处理
照片获取后首先在PhotoShop中进行树皮及树叶的抠图处理。
树皮相对简单，在Photoshop中，截取适当比例，保存为树皮图片。
树叶处理不同于树皮处理，
使用色彩范围工具抠出图片树叶部分后，另需为其添加Alpha通道，存储图片的
色彩，为制作逼真的树叶材质奠定基础。
均保存为TGA格式。
有些树木带有果子，采用相同方法进行处理。
将图片导入到CrazyBump软件中，进行法线贴图，使树
木更加立体，具有真实感。
3、模型构建
3.1主干构建
主干是一棵树建模的起始方向，主干的形状直观反应树木，使更易识别树木。
在SpeedTree中，首先新建树干。
控制主干的数据有很多，可以通过半径（Radius）、高度（Length）、材质（Materials）等参数设置主干形状，不同的树
木通过设置这些参数完成主干构建。
半径体现树木的粗壮程度，例如竹子相对于
其他树木比较特殊，枝干变化小，可通过半径参数的设置实现。
结合高度参数设置，较好呈现不同树种的主干形状。
完成半径、高度设定后，添加材质。
给树皮
添加纹理，即前期准备的树皮贴图。
3.2 枝条构建
枝条反应了植物的生长状况。
主干构建基础上，添加一级枝条，可根据不同
树种设置不同枝条形状。
枝条会延续了主干的材质，这也是SpeedTree的一大特色，因此树木主干建立后添加树皮材质，为后续添加枝条材质节省步骤。
不同树种枝条形状不同，例如，松树与杉树，杉树较高，枝条多生长在靠顶部，松树枝条稍粗大，可通过这些参数大小进行实现，以区分不同树种。
3.3 细枝构建
细枝构建即二级枝条添加。
添加二级枝条和一级枝条相同方法，二级枝条在
一级枝条的基础上添加，为之后树叶添加奠定基础，如果树木有飘出来的树叶，
可修改二级枝的弯曲度。
3.4 树叶构建
在细枝上添加树叶，树叶的生动程度直接影响建模的效果。
软件中供选择的
树叶类型繁多，这也是SpeedTree的一大优势。
树叶的主要控制参数有：大小（Size）、翻转（Flip）和贴图类型（Type）。
根据需要可制作一片树叶或者一簇
树叶材质，也可同时添加多种树叶，设置相关参数，树叶构建完成，然后对树木
整体进行修改。
制作完成后，导出3D模型，*.3DS或者*.dae格式。
3.5 可视化模型
图1 植物模型展示
三、三维林分场景实现
树木模型制作完成后，将模型导入软件中以实现林分场景制作。
ArcGIS实现林分建模，主要有两种方法：①导入已制作的三维模型。
ArcGIS
支持多种数据格式，如*.3ds，*.skp等，通过载入这些三维模型实现模型在GIS中的可视化。
②创建moltipatch三维数据，moltipatch即多面片（郭梦炽等，2011）。
本文采用第一种方法，运用在SpeedTree中的树木三维模型转为相应格式，导入ArcGIS生成对应三维符号以实现林分场景的制作。
在该校园已有数字化
模型上新建植物类别的点要素，并设置属性表信息。
位置确定后，给相应的树木
配置点符号，导入之前制作完成的3D树木模型。
在Arcscene中呈现三维林分场景。
图2 数字化校园图3 三维场景
四、结论
通过树木纹理拍摄获取材质，在SpeedTree中进行树木建模，并结合GIS技
术以及CrazyBump等软件实现树木的三维可视化，对校园中的树木进行模拟，最
终在ArcScene中实现林分场景构建。
通过最终在ArcGIS的场景模拟，充分体现
了利用SpeedTree对树木进行建模的价值，这对树木的三维可视化研究具有重要
意义。
SpeedTree植物模型软件可以基本满足景观可视化框架的改进需求。
植物
模型真实感高，在模拟大面积森林植物时具有高效性，提供了丰富的植物模型库，使用者也可以在提供的模型库基础上进行修改生成自己想要的植物。
目前使用SpeedTree软件制作的三维模型有一定的局限性，在实现三维林分场景过程中，
树木模型的三维立体感降低，并且在导入个别树种时会出现树木材质丢失现象，
仍需进一步的研究。
该技术同样也是林业上的一项实际应用，在计算机辅助园林和景观设计、生态环境预测与可视化、计算机动画、游戏和虚拟场景绘制等领域均具有广阔的应用前景．
参考文献：
[1]郭梦炽，朱晓东.2011.基于ArcGIS的三维符号建模方法[J].城市勘测，（02）：24-27.
[2]郭焱，李保国.2001.虚拟植物的研究进展[J].科学通报，46（4）：273-280.
[3]郝小琴.2001.林业科学与可视化[J].林业科学，37（6）：105－109．
[4]龙洁，苏喜友.2007.国内树木三维可视化技术研究进展[J].林业调查规划，32（6）：44-47.
[5]梁鹏帅，冯冬敬.2009.三维可视化的研究现状和前景[J].科技情报开发与经济，19（7）：134-135.。