本發(fā)明涉及場(chǎng)景構(gòu)建領(lǐng)域，特別是涉及一種同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

森林是自然界中常見(jiàn)的場(chǎng)景，在各種室外大規(guī)模場(chǎng)景中扮演著不可或缺的角色。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、3D游戲等技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)虛擬場(chǎng)景真實(shí)感的需求也與日俱增，這導(dǎo)致對(duì)構(gòu)建大規(guī)模的虛擬可視化森林場(chǎng)景的需求也與日俱增。但由于樹木的形態(tài)多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模的難度和成本隨之大大提高；同時(shí)，由于森林場(chǎng)景中樹木的數(shù)量多，系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)量非常龐大，導(dǎo)致渲染的效率隨之大幅下降，很難在應(yīng)用中得到流暢的表達(dá)。這與用戶日益提高的體驗(yàn)需求是相違背的。

目前主流生成大規(guī)模森林場(chǎng)景的方法是基于單棵樹木規(guī)則的編輯，通過(guò)對(duì)編輯后的參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)，從而生成同種異態(tài)的樹木模型。然而這種方法有以下不足之處：

(1)建模周期長(zhǎng)：由于樹木本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，建模人員往往需要較長(zhǎng)時(shí)間才能構(gòu)建一批形態(tài)各異的大規(guī)模森林場(chǎng)景。

(2)成本高：建模人員需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)了解樹木建模規(guī)則中各參數(shù)的含義和樹木建模軟件操作技術(shù)，即學(xué)習(xí)成本較高。甚至需要很多美工人員費(fèi)時(shí)費(fèi)力才能把森林建模的任務(wù)完成，這樣勢(shì)必造成建模的(人力)成本也較高。

(3)多樣性差：目前游戲與VR均采用以整棵樹木模型為單位的重用方式來(lái)生成大規(guī)模森林，雖然足夠輕量性，但是樹木形態(tài)的多樣性則嚴(yán)重不足，所以其美觀度與真實(shí)性均十分欠缺。

(4)渲染計(jì)算慢：雖然采用了基于重用的輕量級(jí)樹木建模，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拈_(kāi)銷，但是到了網(wǎng)頁(yè)客戶端渲染時(shí)，每個(gè)樹木模型仍然只能用獨(dú)立的密集多邊形面片來(lái)表示，其所需要渲染的數(shù)據(jù)量與計(jì)算量卻依然沒(méi)有降低，那么Web3D大規(guī)模森林的在線渲染的效率依然很低，給用戶的體驗(yàn)也較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)Υ笠?guī)模森林進(jìn)行快速建模和高效渲染的同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法和系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法，所述方法包括：

采集單棵樹木的3D模型；

采用圓環(huán)切割法將所述模型骨架化，得到所述模型的骨架化數(shù)據(jù)，在所述骨架化數(shù)據(jù)中，每個(gè)枝干是以多個(gè)帶半徑和方向的圓環(huán)序列表示的；

對(duì)所述模型進(jìn)行分層；

根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算得到層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)；

計(jì)算各層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)的高斯分布值和方差；

計(jì)算各相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差；

根據(jù)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差對(duì)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)，得到擾動(dòng)后的參數(shù)值；

根據(jù)所述擾動(dòng)后的參數(shù)值生成不同姿態(tài)的樹干，所述不同姿態(tài)的樹干構(gòu)成所述模型的組件集；

選擇所述組件集中的枝干組合生成所述森林場(chǎng)景中的樹木。

可選的，所述采用圓環(huán)切割法將所述模型骨架化，得到所述模型的骨架化數(shù)據(jù)，具體包括：

采用不同方向的平面對(duì)所述模型指定位置的三角面片和與所述三角面片相鄰接的面片進(jìn)行切割；

將一次切割中得到的三角面片上的折線段相連接，得到封閉的折線回路；

判斷所述折線回路是否與圓形的相似度達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果是，則此次切割有效，將此次切割所得到的圓環(huán)加入到圓環(huán)序列中，如果否，則丟棄此次切割所得數(shù)據(jù)。

可選的，所述根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算得到層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)，具體包括：

根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)，所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)包括層內(nèi)枝干在指定位置以所述枝干與所述枝干的父枝干的交點(diǎn)為圓心的半徑、所述枝干相對(duì)于所述枝干的父枝干的轉(zhuǎn)角和偏角，所述枝干為從所述父枝干上生長(zhǎng)出的枝干；

確定相鄰兩層之間的傳遞參數(shù)，所述傳遞參數(shù)包括子枝干相對(duì)于父枝干的偏角、所述子枝干半徑與父枝干半徑的比值、所述子枝干長(zhǎng)度與所述父枝干長(zhǎng)度的比值。

可選的，所述選擇所述組件集中的枝干生成所述森林場(chǎng)景中的樹木，具體包括：

在所述組件集中隨機(jī)抽取與所需層次相對(duì)應(yīng)的層的枝干；

將抽取的枝干組合，生成多個(gè)形態(tài)不一的樹木。

一種同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

采集單元，用于采集單棵樹木的3D模型；

模型骨架化單元，用于采用圓環(huán)切割法將所述模型骨架化，得到所述模型的骨架化數(shù)據(jù)，在所述骨架化數(shù)據(jù)中，每個(gè)枝干是以多個(gè)帶半徑和方向的圓環(huán)序列表示的；

分層單元，用于對(duì)所述模型進(jìn)行分層；

參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算得到層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)；

層內(nèi)參數(shù)特征計(jì)算單元，用于計(jì)算所述各層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)的高斯分布值和方差；

層間參數(shù)特征計(jì)算單元，用于計(jì)算所述各相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差；

隨機(jī)擾動(dòng)單元，用于根據(jù)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差對(duì)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)，得到擾動(dòng)后的參數(shù)值；

樹干生成單元，用于根據(jù)所述擾動(dòng)后的參數(shù)值生成不同姿態(tài)的樹干，所述不同姿態(tài)的樹干構(gòu)成所述模型的組件集；

樹木生成單元，用于選擇所述組件集中的枝干組合生成所述森林場(chǎng)景中的樹木。

可選的，所述模型骨架化單元具體包括：

模型切割子單元，用于采用不同方向的平面對(duì)所述模型指定位置的三角面片和與所述三角面片相鄰接的面片進(jìn)行切割；

折線獲取子單元，用于將一次切割中得到的三角面片上的折線段相連接，得到封閉的折線回路；

圓形判斷子單元，用于判斷所述折線回路是否與圓形的相似度達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果是，則此次切割有效，將此次切割所得到的圓環(huán)加入到圓環(huán)序列中，如果否，則丟棄此次切割所得數(shù)據(jù)。

可選的，所述參數(shù)計(jì)算單元具體包括：

層內(nèi)參數(shù)計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)，所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)包括層內(nèi)枝干在指定位置以所述枝干與所述枝干的父枝干的交點(diǎn)為圓心的半徑、所述枝干相對(duì)于所述枝干的父枝干的轉(zhuǎn)角和偏角，所述枝干為從所述父枝干上生長(zhǎng)出的枝干；

層間參數(shù)計(jì)算子單元，用于確定相鄰兩層之間的傳遞參數(shù)，所述傳遞參數(shù)包括子枝干相對(duì)于父枝干的偏角、所述子枝干半徑與父枝干半徑的比值、所述子枝干長(zhǎng)度與所述父枝干長(zhǎng)度的比值。

可選的，所述樹木生成單元具體包括：

枝干選取子單元，用于在所述組件集中隨機(jī)抽取與所需層次相對(duì)應(yīng)的層的枝干；

樹木生成子單元，用于將抽取的枝干組合，生成多個(gè)形態(tài)不一的樹木。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)利用樹木枝干形態(tài)趨近圓環(huán)的特征，提出了圓環(huán)切割的骨架化方法，能夠完全自動(dòng)地進(jìn)行模型骨架化，從而實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化地進(jìn)行大規(guī)模森林場(chǎng)景的建模，不需要建模人員進(jìn)行任何的編輯操作，解決當(dāng)前主流方法建模成本過(guò)高的問(wèn)題。

2)利用枝干的復(fù)用，大規(guī)模場(chǎng)景中同種異態(tài)的樹木可以通過(guò)共享來(lái)極大地提高輕量化程度和渲染效率，保證模型存儲(chǔ)、傳輸和渲染的高效性，生成的大規(guī)模場(chǎng)景之?dāng)?shù)據(jù)量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法，并且能夠十分流暢地渲染大規(guī)模的森林場(chǎng)景。

3)層內(nèi)和層間規(guī)則中的參數(shù)都是相對(duì)值，使得在同一個(gè)枝干上不同位置長(zhǎng)出的子枝擁有不同的形態(tài)特征，提高組件集的一般性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例圓環(huán)切割的結(jié)果示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例某一層的組件集生成結(jié)果示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法和系統(tǒng)，能夠?qū)Υ笠?guī)模森林進(jìn)行自動(dòng)化快速建模，無(wú)需人工的編輯，且能夠降低渲染階段的存儲(chǔ)壓力，極大地提高輕量化程度和渲染效率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法的流程示意圖，如圖1所示，同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法步驟如下：

步驟101：采集單棵樹木的3D模型，3D模型可以來(lái)自計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、美術(shù)建模等途徑；

步驟102：采用圓環(huán)切割法將所述模型骨架化，得到所述模型的骨架化數(shù)據(jù)，在所述骨架化數(shù)據(jù)中，每個(gè)枝干是以多個(gè)帶半徑和方向的圓環(huán)序列表示的，經(jīng)過(guò)圓環(huán)切割法切割后的樹木模型如圖2所示，圖2為本發(fā)明實(shí)施例圓環(huán)切割結(jié)果示意圖；

具體為：采用不同方向的平面對(duì)所述模型指定位置的三角面片和與所述三角面片相鄰接的面片進(jìn)行切割；

將一次切割中得到的三角面片上的折線段相連接，得到封閉的折線回路；

判斷所述折線回路是否與圓形的相似度達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果是，則此次切割有效，將此次切割所得到的圓環(huán)加入到圓環(huán)序列中，如果否，則丟棄此次切割所得數(shù)據(jù)。

步驟103：對(duì)所述模型進(jìn)行分層，此處的分層具體為將樹干標(biāo)記為第一層，從樹干上直接分離出來(lái)的枝干被標(biāo)記為第二層，從第二層枝干上直接分離出來(lái)的枝干標(biāo)記為第三層，從第三層枝干上直接分離出來(lái)的枝干標(biāo)記為第四層，依次類推，將整個(gè)3D模型上的所有枝干全部分層處理；

步驟104：根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算得到層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)；

所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)包括層內(nèi)枝干在指定位置，以所述枝干與所述枝干的父枝干的交點(diǎn)為圓心的半徑、所述枝干相對(duì)于所述枝干的父枝干的轉(zhuǎn)角和偏角，所述枝干為從所述父枝干上生長(zhǎng)出的枝干；

所述傳遞參數(shù)包括子枝干相對(duì)于父枝干的偏角、所述子枝干半徑與父枝干半徑的比值、所述子枝干長(zhǎng)度與所述父枝干長(zhǎng)度的比值。

步驟105：計(jì)算所述各層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)的高斯分布值和方差；

步驟106：計(jì)算所述各相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差；

步驟107：根據(jù)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差對(duì)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)，得到擾動(dòng)后的參數(shù)值；

步驟108：根據(jù)所述擾動(dòng)后的參數(shù)值生成不同姿態(tài)的樹干，所述不同姿態(tài)的樹干構(gòu)成所述模型的組件集；例如位于第二層的枝干A，在對(duì)其參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)后，可以得到多種描述枝干的參數(shù)，即得到了多種由A枝干演變出來(lái)的姿態(tài)各不相同的枝干B、C、D等等。

步驟109：選擇所述組件集中的枝干組合生成所述森林場(chǎng)景中的樹木模型。在所述組件集中隨機(jī)抽取與所需層次相對(duì)應(yīng)的層的枝干，將抽取的枝干組合，生成多個(gè)形態(tài)不一的樹木模型。

樹木作為一種非常復(fù)雜的3D模型，要正確抽取其骨架通常需要設(shè)置很多參數(shù)，并且需要針對(duì)每棵樹木進(jìn)行參數(shù)微調(diào)，缺乏自動(dòng)化手段。本申請(qǐng)針對(duì)這個(gè)局限，提出了基于樹木形態(tài)特征的的骨架化算法：基于圓環(huán)切割的樹木模型骨架化算法。該方法抓住了樹木形態(tài)的特征，即樹木枝干可以用多個(gè)圓臺(tái)的拼接來(lái)近似逼近。進(jìn)一步地，該特征被轉(zhuǎn)化為樹木枝干可以用有限個(gè)圓環(huán)的序列來(lái)表示。由于樹木模型通常是由三角面片模型建模所得，本發(fā)明用不同方向的平面去切割樹木模型指定位置的三角面片及與其臨接的面片，將一次切割中得到三角面片上的折線段連接起來(lái)將可以得到一個(gè)封閉的折線回路。由于樹木枝干的橫截面在幾何上呈圓形，因此只有該回路的形狀近似圓形時(shí)，才將其視為一次有效切割并將其加入到圓環(huán)序列中。這里采用不同方向的平面，是為了保證最大可能性地切割出有效的圓環(huán)。最后該方法將每個(gè)樹木的枝干用帶半徑和方向信息的圓環(huán)序列予以表示，該表示即為樹木模型的骨架化表示。圖2為本發(fā)明實(shí)施例圓環(huán)切割的結(jié)果示意圖，如圖2所示樹木為輸入樹木模型經(jīng)過(guò)圓環(huán)切割后得到的樹木骨架。

在樹木的骨架數(shù)據(jù)中，每個(gè)枝干是以圓環(huán)序列作為表示方式的，這種表示數(shù)據(jù)量較大并且難以參數(shù)化，不宜直接用于大規(guī)模樹木的生成。

本發(fā)明在獲取樹木骨架后，提出了基于樹木形態(tài)特征的層次化規(guī)則表示，該表示采用分層的方式來(lái)描述樹木的形態(tài)規(guī)則。在該種表示中，樹木結(jié)構(gòu)被分為若干層，每一層內(nèi)部擁有自己的層內(nèi)形態(tài)描述規(guī)則，這主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)目標(biāo)層內(nèi)所有枝干在每個(gè)等距離采樣位置處圓環(huán)半徑與起始圓環(huán)半徑之比、圓心與父枝交點(diǎn)的連線相對(duì)于父枝方向的轉(zhuǎn)角和偏角。起始圓環(huán)指的是第一個(gè)采樣位置對(duì)應(yīng)的采樣圓環(huán)，并計(jì)算這些參數(shù)高斯分布的均值和方差；同時(shí)，兩層之間還需要幾何參數(shù)的傳遞規(guī)則，這主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)子層枝干相對(duì)于父枝的偏角、以及與父枝的長(zhǎng)度比和半徑比等參數(shù)，得到這些參數(shù)高斯分布的均值和方差。值得注意的是，在本發(fā)明的表示方法中，層內(nèi)和層間規(guī)則中的參數(shù)都是基于離分支點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行采樣的。這樣做的好處是使得在同一個(gè)枝干上不同位置長(zhǎng)出的子枝擁有不同的形態(tài)特征。

本發(fā)明在獲取到樹木層次化規(guī)則后并不直接基于該規(guī)則生成獨(dú)立的樹木模型個(gè)體，而是試圖讓大規(guī)模場(chǎng)景中的樹木共享一個(gè)公共的枝干集，這樣可以極大的減少渲染時(shí)場(chǎng)景數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。該方法基于層次化規(guī)則統(tǒng)計(jì)其各個(gè)參數(shù)(主要是層內(nèi)規(guī)則中的半徑、轉(zhuǎn)角和偏角，以及層間規(guī)則中的長(zhǎng)度比、半徑比和偏角)的高斯分布均值和方差，并按層次進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)，即基于每個(gè)參數(shù)所服從的高斯分布，進(jìn)行隨機(jī)化以得到該分布下的一系列隨機(jī)值。然后基于擾動(dòng)得到的參數(shù)進(jìn)行面片生成，從而得到層次化的組件集，如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例某一層的組件集生成結(jié)果示意圖。在該方法中，每個(gè)層次的規(guī)則一一對(duì)應(yīng)該層次的組件集，每個(gè)組件集由若干個(gè)該層次的枝條組成。在得到組件集以后，組件集中的每棵枝條將作為被共享引用的組件而存在，即使被多棵樹木所引用，也只需要存儲(chǔ)一份面片數(shù)據(jù)，大大降低了渲染階段的存儲(chǔ)壓力。

在隨機(jī)生成樹木的層次化組件集之后，需要將大規(guī)模場(chǎng)景中的每一棵樹木都以組件集中的枝條為共享元素來(lái)進(jìn)行表示，確定每棵樹木在什么位置放置哪個(gè)枝條成為了輕量化表示方式正確性的關(guān)鍵。本申請(qǐng)方法中樹木的生成方式不僅依賴生成的組件集，同時(shí)，它直接依賴前面步驟獲取到的樹木層次化規(guī)則。實(shí)際上，層次化規(guī)則作為樹木形態(tài)特征的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)于樹木形態(tài)特征具有全面的刻畫。直接對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)可以得到場(chǎng)景中任意一棵樹木應(yīng)具有的形態(tài)特征(例如分叉點(diǎn)位置、子枝個(gè)數(shù)等)，然后再?gòu)慕M件集中獲取最佳匹配組件。該方法一方面屬于基于規(guī)則生成的范疇，因此它可以保證最終生成的樹木都是同種異態(tài)的個(gè)體；另一方面，場(chǎng)景中每棵樹木并不是獨(dú)立占用面片集，它們共享組件集，因此在渲染階段大大降低了內(nèi)存和顯存開(kāi)銷。同時(shí)，由于多棵樹木共享同一組件的面片集，本課題還將其與圖形硬件支持的實(shí)例化渲染方法相結(jié)合，對(duì)每個(gè)組件進(jìn)行實(shí)例化渲染，大大提高渲染的效率。

本發(fā)明提供的同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建方法基于圓環(huán)切割的樹木模型骨架化，提高了樹木模型骨架化的精度和魯棒性；采用樹木的分層規(guī)則表示，比起產(chǎn)生式形式的規(guī)則能夠更準(zhǔn)確地表達(dá)樹木枝干的生長(zhǎng)趨勢(shì)；提出了樹木枝干共享組件集的表示法，通過(guò)共享的方式極大地降低了大規(guī)模場(chǎng)景的數(shù)據(jù)量，并結(jié)合圖形硬件的實(shí)例化渲染極大地提高了場(chǎng)景的渲染效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建系統(tǒng)，如圖4所示，該系統(tǒng)包括：

采集單元401，用于采集單棵樹木的3D模型；

模型骨架化單元402，用于采用圓環(huán)切割法將所述模型骨架化，得到所述模型的骨架化數(shù)據(jù)，在所述骨架化數(shù)據(jù)中，每個(gè)枝干是以多個(gè)帶半徑和方向的圓環(huán)序列表示的；

分層單元403，用于對(duì)所述模型進(jìn)行分層；

參數(shù)計(jì)算單元404，用于根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算得到層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)；

層內(nèi)參數(shù)特征計(jì)算單元405，用于計(jì)算所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)的高斯分布值和方差；

層間參數(shù)特征計(jì)算單元406，用于計(jì)算所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差；

隨機(jī)擾動(dòng)單元407，用于根據(jù)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)的高斯分布值和方差對(duì)所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)和所述相鄰層間的傳遞規(guī)則參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)，得到擾動(dòng)后的參數(shù)值；

樹干生成單元408，用于根據(jù)所述擾動(dòng)后的參數(shù)值生成不同姿態(tài)的樹干，所述不同姿態(tài)的樹干構(gòu)成所述模型的組件集；

樹木生成單元409，用于選擇所述組件集中的枝干組合生成所述森林場(chǎng)景中的樹木。

其中，模型骨架化單元402具體包括：模型切割子單元，用于采用不同方向的平面對(duì)所述模型指定位置的三角面片和與所述三角面片相鄰接的面片進(jìn)行切割；折線獲取子單元，用于將一次切割中得到的三角面片上的折線段相連接，得到封閉的折線回路；圓形判斷子單元，用于判斷所述折線回路是否與圓形的相似度達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果是，則此次切割有效，將此次切割所得到的圓環(huán)加入到圓環(huán)序列中，如果否，則丟棄此次切割所得數(shù)據(jù)。

參數(shù)計(jì)算單元404具體包括：層內(nèi)參數(shù)計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述骨架化數(shù)據(jù)計(jì)算層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)，所述層內(nèi)形態(tài)描述參數(shù)包括層內(nèi)枝干在指定位置，以所述枝干與所述枝干的父枝干的交點(diǎn)為圓心的半徑、所述枝干相對(duì)于所述枝干的父枝干的轉(zhuǎn)角和偏角，所述枝干為從所述父枝干上生長(zhǎng)出的枝干；層間參數(shù)計(jì)算子單元，用于確定相鄰兩層之間的傳遞參數(shù)，所述傳遞參數(shù)包括子枝干相對(duì)于父枝干的偏角、所述子枝干半徑與父枝干半徑的比值、所述子枝干長(zhǎng)度與所述父枝干長(zhǎng)度的比值。

樹木生成單元409具體包括：枝干選取子單元，用于在所述組件集中隨機(jī)抽取與所需層次相對(duì)應(yīng)的層的枝干；樹木生成子單元，用于將抽取的枝干組合，生成多個(gè)形態(tài)不一的樹木。

本發(fā)明提供的同種異態(tài)森林場(chǎng)景構(gòu)建系統(tǒng)基于圓環(huán)切割的樹木模型骨架化，提高了樹木模型骨架化的精度和魯棒性；采用樹木的分層規(guī)則表示，比起產(chǎn)生式形式的規(guī)則能夠更準(zhǔn)確地表達(dá)樹木枝干的生長(zhǎng)趨勢(shì)；提出了樹木枝干共享組件集的表示法，通過(guò)共享的方式極大地降低了大規(guī)模場(chǎng)景的數(shù)據(jù)量，并結(jié)合圖形硬件的實(shí)例化渲染極大地提高了場(chǎng)景的渲染效率。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。