emmm，一不小心就半年没更了，最近翻到了本科毕设，挺有感触的，就拿出来写写。

Tip0: 代码写的时间过长，本文很少很少的细节地方与代码对不上，见谅。

Tip1: 要是拿了我的代码，留下个评论，点个赞可好。

程序源代码链接：https://pan.baidu.com/s/1hxCGDYFz0ubAEhPCj_3xuA 提取码：zv9o

编译环境：Qt5.9.4

编译器：Desktop Qt5.9.4 MSVC2017 64bit

IDE：QtCreator

显卡：Nvida

一. 程序简介

可对常见的单子叶类盆栽植物，如吊兰，君子兰等进行三维建模，利用手绘系统简单对单支枝叶的曲线造型做近似的模拟。同时建立简单的天气系统，创造盆栽在刮风，下雨天气下的形态变化动画。

二. 模块分解

2.1 渲染

渲染模块使用之前教程提供的技术，都是很基础的技术：

Blinn- Phong 光照模型
法线贴图 Normal Mapping
阴影映射 shadow Mapping (使用GLSL 原生函数)

2.2 枝叶建模

使用在矩形网格上附加透明纹理的方式生成枝叶，如图3所示，通过依次弯曲小矩形的形式可以构造枝叶的弯曲造型。

吊兰所用透明纹理与法线贴图如下所示，图4(c)为应用法线贴图之后的效果。

2.3 花盆建模

用之前教程提过的，导入一个obj花盆模型

2.4 手绘系统

枝叶的弯曲主要由网格的弯曲实现，利用矩阵与网格坐标相乘，可以在局部坐标系种改变顶点的位置。如图6，使用矩阵Model0与v0，v1相乘，改变两个顶点位置。可以简单定义Model0是绕x轴正向旋转5度的旋转矩阵，则相乘后v0与v1两顶点的空间坐标同样绕x轴正向旋转5度。为保证网格弯曲的平滑性，Model1与Model2等其余旋转矩阵可由上一个矩阵迭代生成。如在Model0矩阵的基础上，再绕x轴旋转5度，生成Model1矩阵。

手绘系统基于此思想，通过绘出的轮廓线条，计算所需迭代旋转矩阵数组中所有矩阵的旋转角度。为生成的枝叶弯曲的更加平滑，使用六次贝塞尔曲线对手绘线条进行曲线拟合，贝塞尔曲线控制点从手绘的线条种按点的密集程度进行筛选。如图7，黑色为手绘线条，红色为六次贝塞尔曲线控制点，蓝色为拟合后的曲线。将蓝色曲线均分为30个点，通过这些点计算旋转矩阵所需的角度，使用相邻两点在x与y坐标上的差值计算角的大小，，则为一个旋转角度，图7 (b)为应用旋转矩阵之后的弯曲网格造型。

简单绘制两线条，生成枝叶模型如下图所示。

Tip2: 这里在应用法线贴图时有一个错误，因为法线贴图里的法线针对的是平面不弯曲网格。这里我将网格弯曲后，原则上应对法线贴图的相应部分做同样的弯曲，我当初试了几次，应该算错了，一直没改。

2.5 其余功能

2.5.1 均匀分配枝叶

我每使用鼠标左键，以根部为起始方向，向左或向右绘出一条线条，在场景的YOZ平面，会进行相同方向的建模。如图9(b)所示。在绘出所有枝叶后，点击“移动”按钮，会将枝叶平均分配到花盆的四周，原理很简单，用360度除以枝叶的数量，得到枝叶的平均旋转角度，在此基础上，增加一些随机角度，则得到每枝枝叶的最终旋转角度。

2.5.2 增添枝叶

如果要设计一盆有几百枝枝叶的盆栽，将其全画出来，是一件很愚蠢的事，手动狗头。

如图10，简单画6个线条，设置“增补数量“为24，点击“计算”，则枝叶数量会扩充至24枝。原理是记录手绘线条的每组贝塞尔控制点，在这些控制点的坐标参数上增添微小随机量，得到一组新的控制点，生成新的贝塞尔曲线，从而得到一条新的枝叶模型。

2.6 天气系统

Tip3: 天气系统，当初写这个就是个噱头，忽悠老师的，没用物理参数，较真的哥们可以跳过。

天气系统分为两个，风动与下雨。下雨很简单，粒子系统做雨滴就完事了，没有参考价值。

风动是在做“平均分配枝叶位置”那得到的灵感，在移动的基础上，再增加一个绕x轴旋转的角度，将这个角度做成连续的，则动画就做出来了。这里我用组成贝塞尔曲线的30个绿色小点，点点之间在y值之上的差值，作为变换角度的参考。制作30个角度，作为动画演示之用。

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