大學生科研創新實驗項目結題報告

報告屬性

報告正文

摘要：

項目成員：

趙__ 計算機學院__級 計算機科學與技術

___ 計算機學院__級 計算機科學與技術

李__ 計算機學院__級 計算機科學與技術

指導教師：

宋__ 講師博士

選題背景與意義：

在計算機圖形學領域，植物的建模表示、繪制與動態模擬一直是研究的熱點和難點，提出了許多針對植物這一特殊對象的方法，也取得了較好的結果。研究此次項目能夠幫助我們提高專業知識水平，拓寬視野，鍛煉動手實踐能力，加強團隊協作能力，敢于創新，大膽實踐。

科研初步收獲和體會：

首先進行了了解及熟悉使用vue5軟件，我們學習掌握了導師推薦的計算機圖形學專業教材，對計算機圖形學的一些基本概念數學基礎，理論是科研的基礎，通過理論的學習，我們規范了圖形學的科研思路，在對計算機圖形學、生物學相關知識及開發環境——vue5學習之后，我們閱讀了相關論文，開始了自己的自然場景建模與繪制的科研。

正文：

一、選題背景：

在計算機圖形學領域，植物的建模表示、繪制與動態模擬一直是研究的熱點和難點，提出了許多針對植物這一特殊對象的方法，也取得了較好的結果。植物的建模可進一步細分為模型表示與建模方法兩個部分，模型表示、建模方法與繪制三者之間是相互依賴和密切相關的，一般結合在一起實現。對于自然景觀的真實感建模與繪制，國外有很多相關軟件，國內雖然支持過類似方面的研究項目，但專業軟件的報道極少。

同樣對于我們來說，對于該項目有極大的興趣，現階段包括未來前景表明，計算機中的動態建模將有很大發展，現在就了解和學習一些相關知識，將來也可以傾向這一方面進行更多的學習和研究。對該項目所需的專業知識之前只有大概了解，并沒有深入的學習、分析，但是興趣是最大的動力，研究此次項目能夠幫助我們提高專業知識水平，拓寬視野，鍛煉動手實踐能力，加強團隊協作能力，敢于創新，大膽實踐。

二、成員及分工：

總的來說，該小組里，趙旭升和李雪梅同學總體來說善于接受新的知識，比較擅長軟件的學習和應用，動手能力強， 思考深入，能夠很好的將新學習到的知識加以思考達到融會貫通。

而作為組長，趙旭升同學能夠有一個總體的規劃和布局；李雪梅心思細膩，擅長處理復雜精細的部分。出于此考慮，由趙旭升主要對軟件進行全方位的學習和應用，李雪梅則重點攻克建模中最復雜的幾個點，如渲染等。

而另一位組員毛玉婷則更擅長理論知識的學習，對于圖形學的算法有濃厚的興趣，鑒于此，毛玉婷主要學習和研究對于建模的基礎——圖形學。

協調配合：

總體的知識是每個組員都要學習和研究的，但由于時間精力有限，安排不同的組員重點研究不同的部分，然后及時討論，向其他組員講解，其他組員提出問題，共同探討學習。 導師指導情況：指導老師宋成芳老師對建模方面有所研究，帶領我們探討此科研的命題方向、創新點等問題，并向我們提供軟件，推薦參考書目。除此之外，宋成芳老師還指導我們制定不同階段的.研究學習任務，對于不懂的問題及時引導及講解。總之，導師的引導在此科研項目中起到不可或缺的作用。

三、創新點與特色：

本次科研項目綜合應用計算機圖形學和生物學理論，重點研究新的快速高效的大規模動態植物建模和實時繪制方法。我們以視覺效果和實時效率為主要目的，著力保證形態真實感和運動真實感，而不是嚴格忠實于動力學與生物學理論。采用幾何與圖像混合式表達方法來對植被等對象進行建模，并采用較為特別的方法對場景進行繪制。

建模對于現代來講雖然已經不再是一個難題，但是真實場景的植被建模涉及到戶外的天氣、光照以及植物的陰影等，特別是怎樣在短時間內對大規模的植被進行真實感建模仍然是個有待研究的問題。本項目著重于此，進行一系列的學習和研究。

科學意義：

對于自然景觀的真實感建模與繪制，國外有很多相關軟件，國內雖然支持過類似方面的研究項目，但專業軟件的報道極少。直接從國外購買這些軟件成本并不低(大型造型軟件的插件價格大約100美元，提供源代碼開發的speedtree軟件的每個單機license價格為8美元)。探索新的高效建模和可視化技術，開發自主版權的植被建模與繪制平臺，對于我國在軍事仿真，園林設計，森林防護和數字娛樂的發展非常重要。

同樣對于我們來說，研究次項目能夠幫助我們提高專業知識水平，拓寬視野，鍛煉動手實踐能力，加強團隊協作能力，敢于創新，大膽實踐。

四、進展情況與初步成果：

該項目自20__年9月科研立項以來，在宋成芳導師的指導下，在我們項目組三個人（毛玉婷、李雪梅、趙旭升）的點點滴滴的學習鉆研下，歷經一年的時間，結題在即，對該項目的實施進展情況作一小結。

____暑假和__年9月，項目組三個同學進行了大學生科研立項的前期資料信息了解和選題工作，經過仔細了解，結合專業背景及個人興趣組合，我們三個人選擇了計算機圖形學方向，并有幸得到了宋成芳導師的指導。宋成芳老師根據我們的計算機基礎情況及自己的研究方向，給我們選取了“自然場景的真實感建模與繪制”這一科研課題。在宋成芳導師的悉心指導和我們自己的認真準備下，9月下旬，我們成功的申請了校級科研立項。

第一階段：了解及熟悉使用vue5軟件。針對我們的情況，導師要求我們先掌握好計算機圖形學支撐專業繪圖軟件vue5，在此，我們感謝導師給我們提供了vue5軟件和學習指導書目。10月11月份，我們在專業學習的同時，抽出時間學習掌握vue5軟件，在我們面前打開的是一個專業豐富的三維建模畫圖軟件，通過該軟件，我們進一步感受到計算機圖形學的應用。

第二階段：我們學習掌握了導師推薦的計算機圖形學專業教材，對計算機圖形學的一些基本概念數學基礎，理論是科研的基礎，通過理論的學習，我們規范了圖形學的科研思路，

這一部分也是比較富有挑戰性的。在學習圖形學的同時，根據老師的建議，我們閱讀了相關生物學圖書，對自然場景中的生物生長規律有了一個大致的了解，從而可以明確植物生長規律，遵循自然現象，最大限度的接近現實。

第三階段：在對計算機圖形學、生物學相關知識及開發環境——vue5學習之后，我們閱讀了相關論文，開始了自己的自然場景建模與繪制的科研。在該階段，我們深切體會到科研的艱巨與科研取得進展的喜悅，增強了對計算機的熱愛和各位老師的敬愛。

回首這一年的科研時間，我們深切的體會的科學研究的博大精深和自己在科學面前的淺薄無知。“自然場景的真實感建模與繪制” 充分利用幾何模型在可控變形，圖像在外觀細節表達等方面的長處，實現融合幾何和圖像的混合式樹的多分辨率表示。

植物的模型表示應當具有三維幾何，便于動態模擬，能夠提供不同距離和視角下的逼真效果，以保證模型在形態上的真實感；為了高效地獲得真實感，以紋理圖像來表達細節和外觀。

本次科研項目基于導師的科研成果，綜合應用計算機圖形學和生物學理論，重點研究新的快速高效的大規模動態植物建模和實時繪制方法。我們以視覺效果和實時效率為主要目的，著力保證形態真實感和運動真實感，而不是嚴格忠實于動力學與生物學理論。采用幾何與圖像混合式表達方法來對植被等對象進行建模，并采用較為特別的方法對場景進行繪制。

五、收獲與體會：

一年的科研立項“自然場景的真實感建模與繪制”即將結束，回顧這一年的時間，我們又困惑，有喜悅，但無論如何我們收獲了青春大學時代的一次美好的記憶。

友情，在這一年的時間里，我們遇到了很多困難。之所以我們最終還是走了過來，是在我們遇到困難的時候，我們彼此信任，互相體諒，共同思考解決的思路，團隊的力量是巨大的，在老師的知道下，在我們自己的努力下，我們一步一步，邁著稚嫩的腳步，一步步歪歪斜斜的走了過來。幾年以后我們工作后大家可能就不在是同學，不再是師生了，但是閑暇的時候，我們還是會偶爾記起在一起共同努力項目的開心，會記起在這個項目中我們的掌握的知識和技能。

在這個項目中，我們學習到了一些計算機圖形學的知識，了解到計算機圖形學的一些前沿信息，學習掌握了計算機三維繪圖軟件vue5 vue5中物體的創建與編輯；對物體的編輯有：選擇，移動，旋轉，扭曲，縮放，改變材質顏色，分散，復制，導出等。圖像的渲染；取景；材質等內容。學習了解了植物的建模可細分為模型表示與建模方法兩個部分。植被場景的繪制方式大致可分為兩類：其一，基于純幾何和傳統光照明模型的真實感繪制；其二，基于預采樣的光亮度重用方法。三維模型建模方法是計算機圖形學的重要基礎，是生成精美的三維場景和逼真動態效果的前提等等專業知識。這次科研給了我們一個機會學到一些平時在書本上學不到的知識和技術。對于我們而言，研究次項目能夠幫助我們提高專業知識水平，拓寬視野，鍛煉動手實踐能力，加強團隊協作能力，敢于創新，大膽實踐。

這次科研也讓我們再次感受到了一些珍貴的品質。堅持，“黃沙百戰穿金甲，不破樓蘭終不還”是堅持，“千淘萬漉雖心苦，吹盡狂沙始到金。”是一種堅持，當我們面對困難，一連好多天找不到思路和方法的時候也是一種堅持，因為堅持，所以我們不折不撓，因為堅持，我們一如既往，因為堅持，我們走到了今天，因為堅持，我們還會一如既往的走下去。感謝這次科研中的許許多多的小糾結，感謝生活中我們遇到的各種各樣的小挫折，在這些糾結和挫折面前我們堅持了，我們經歷了，我們走過來了，我們覺得內心是強大的。“我始終不愿拋棄我的奮斗生活，我極端重視由奮斗得來的經驗，尤其是戰勝困難后所得的愉快；一個人要先經過困難，然后踏進順境，才覺得受用、舒服。”

勤奮。來到大學之后，偶爾也會懷念高中高考時候的辛苦的充實著。因為勤奮，所以充實，所以有收獲。在這個科研最初開始的時候，因為我們對計算機圖形學近乎沒有過專業的接觸，所以遇到了好多困難。包括后期學習使用軟件繪圖和自己動手繪圖的時候，我們遇到了好多困難，這些時候，我們能做的，只有勤奮。花更多的時間去閱讀相關資料，嘗試更多的方法和思路。戴爾卡耐基說：“一個懶惰心理的危險，比懶惰的手足，不知道要超過多少倍。而且醫治懶惰的心理，比醫治懶惰的手足還要難。因為我們做一件不愿意不高興的工作，身體的各部分，都感到不安和無聊。反過來說，如果對于這種工作有興趣、愉快，工作效率不但高，身心也感覺到十分舒適。因不適宜的勞動，使身心憂郁而患成的病癥，醫生稱為懶惰病。”經過這次科研，我們更加認同。

很感觸在大學時代可以有一次屬于自己的科研經歷，經歷這次科研，我們知道了自己的稚嫩和諸多不足。我們將以此為契機，學習好專業知識，拓展專業視野，閱讀相關專業學術論文，更好的去鍛煉歷練自己，作為一個工科學生，更加注重實踐所學專業知識，我們會注重多和同學交流學習討論，多和老師交流學習，我們會更加努力勤奮的度過余下的大學時光，收獲更多的專業知識和能力。

在此，再次感謝我們的導師宋成芳老師，在學習和生活中，他給予了我們諸多幫助，我們銘記在心。

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