各種樹形的參數式設計

Abstract

在電腦輔助設計中 (Computer aided design)，電腦輔助繪圖扮演著極重要的角色。 人類用電腦繪圖的幫助，繪出機械零件，設計出汽車雛型及各種應用機械，藝術家更 用電腦繪圖表達他們的理念。 有關一些可由歐式幾何元件組成的物體，當前的繪圖模擬技巧已有相當的成就；但是 對于一些自然景物 (如雲、山、樹、水紋) 因其組成較無規則可循，構成的元素亦非 僅簡單的幾何元件，目前利用電腦來模擬這些景物，尚無一套完整的理論可遵循；然 而，在自然環境模擬等多方面應用系統，此類背景的需求是很迫切的。 在自然環境背景模擬上，樹木的模擬產生有極重要的地位，因此，本文即以樹木外形 的模擬為題, 進行研究。 本論文的目的就是欲提出一套有效的方法，用來模擬具各種體形的樹木(Botanical t rees) 。只要指定某些參數的值，就能以此方法讓電腦繪出一棵樹的三維實體影像； 而把參數的值改變一下，又能產生另一棵具不同體形的樹木。反過來說，欲利用電腦 繪出某棵特定外形的樹，也能經由了解此種構建樹形的法則，很容易的指定一組參數 值，讓電腦繪出所要的樹形。 參考樹木學上樹木的成長原理及外形歸類：先定性的分析可選用那些控制參數，以產 生各種不同外形的樹木影像；然后依參數的意義，定量的推導繪出一棵樹木影像所需 資料的演算法。 本文所提出的構建樹木演算法，經由C 語言寫成程式，在IRIS 25/G 個人工作站機器 上執行，證明對一些樹木學上的主要歸類樹種外形及受某種引力影響下的樹形，皆有 構建能力。配合可修改樹形演算法，本論文亦能產生一些外形特殊或樹枝折損的樹形 。