以電腦圖學對自然景觀的視覺顯像輿動畫模擬之研究

Abstract

電腦圖學的應用領域十分廣泛，商品化的步調，帶領這門學問進入人們的日常生活的 視覺範圍，由過去的二度平面圖形進展到三度立體圖形。而今的電腦動畫模擬，更將 關聯鍵緊至室內設計，建築工程，氣候預報，醫學病歷研究，以至地震防災，對人類 的生命維護，環境污染防制等，電腦圖學的貢獻匪淺。 本篇論文的重點，分為三個部分： 第一部分，是海洋的模擬，對于海洋的模擬，分為兩種特性：規律性與亂序性，首先 ，利用單一正弦曲線，產生十分規律的正弦波形，接著，加以相位差呈九十度的另一 正弦波，組成變化稍大的波浪形狀。然而，規律性對于海洋模擬的逼真度，仍有極大 的限制，至于亂序性，是以擺線方程式為基礎，加入四個變化參數，變化出各種不同 波形，描繪出各種不同的海浪景觀。在實作上，則是以B-spline surface fitting的 技巧，將給定的控制點，結合上述的四個變數，勾繪出逼真的海洋自然景觀。 第二部份，是山的模擬，這一部份的理論基礎，根基於Mandelbrot 的fractal技巧， 首先，必須定義山所在的base plane位置。Base plane係由共面的四點所構成。接著 ，用四邊形邊緣切割法，將四點所構成的四邊形，切割成許許多多的base point。然 後，以任一型態分布的亂數產生器，求出山脊線及峰點，並給定峰點的高度，再以峰 點高度為基準，同樣以亂數產生器，產生山脊線上base point的高度值，以及非山脊 線上base point的高度值，當所有base point的高度值都求出之後，以鄰近之點構成 一個三角形的方式，利用phone shading 法，將山形描繪出來。 第三部分，是particle system 的應用。Particle system 主要是用來描繪亂序而又 無固定形狀的物體。物體係由粒子所構成。每個粒子具有不同的運動公式，原始顏色 ，原始形狀，原始位置等。利用這些特性，繪製出瀑布的自然景觀效果。