capstone-2023-19

The Algorithmic Beauty of Plants

식물의 성장을 알고리즘화하여 생성하고, DirectX 기반으로 시간의 흐름에 따라 렌더링하는 프로젝트이다. DirectX 환경 시뮬레이터에서 사용자가 임의대로 모델의 규칙과 파라미터를 조정하여 2D 및 3D 그래픽 디자인 개발에 사용할 수 있는 다양한 종류의 식물 모델 생성할 수 있으며 생성한 모델을 Unreal Engine과 같은 게임 엔진에서 사용 가능하다.

This is a project that algorithmizes and generates plant growth and renders it over time based on DirectX. In the DirectX environment simulator, users can arbitrarily adjust the rules and parameters of the model to create a variety of plant models that can be used to develop 2D and 3D graphic designs, and the models they create are available in game engines such as Unreal Engine.

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소개 영상

1	2

DirectX Rendering

Preset name	Result
02_2d_fractal_2	$02_2d_fractal_2$
03_2d_fractal_3	$03_2d_fractal_3$
05_context_1
08_branching_pattern
10_flower_2
11_3d_tree

Unreal Rendering

Preset name	Result
11_3d_tree
12_vine

팀 소개

학번	이름	역할
20181655	이동훈	Growth system
20190694	방지완	Growth system
20181660	이수아	DirectX, Unreal
20163143	이제현	DirectX, Unreal

프로젝트 구조

proejct_structure

Guides

C++ 언어 표준: ISO C++17 표준

DirectX

abop.sln 프로젝트 열기
AutoDesk FBX .SDK 설치

.fbx 모델 파일을 읽기 위해 SDK가 설치되어야 합니다. 사용하는 Visual Studio version에 맞추어 설치 (AutoDesk FBX SDK)

SDK 경로가 잘못된 경우 다음과 같이 설정합니다.
- Header files 경로 설정
  - 프로젝트 속성 > C/C++ > 일반 > 추가 포함 디렉토리
  - {FBX_SDK_DIR}/{FBX_SDK_VERSION}/include
- .lib files 경로 설정
  - 프로젝트 속성 > 링커 > 일반 > 추가 라이브러리 디렉토리
  - {FBX_SDK_DIR}/{FBX_SDK_VERSION}/lib/vs2019/x64/releaes/
- .dll file 위치
  - {PROJECT_DIR}/x64/release/
L-system Simulator 사용 가이드는 아래 참고
Preset tab을 통해 완성된 모델들을 확인할 수 있습니다.

Unreal

Unreal Engine 4로 unreal/unreal.uproject 프로젝트 열기
아래 경로에 다음 asset을 설치합니다.

unreal/Content/BarkPack/

unreal/Content/MS_BushLeafV1/
헤더 파일과 abop.lib를 사용하는 UE 폴더의 ThirdParty로 추가합니다.
- {UE_DIR}/Engine/Source/ThirdParty/ 에 abop 폴더 생성
- 해당 폴더 내 include/ 폴더에 모든 헤더 파일 이동
- bin_x64/ 폴더에 abop.lib 파일 이동
default.umap, vine.umap을 통해 완성된 모델들을 확인할 수 있습니다.

L system simulator

FPS와 Backgroud color 등 시뮬레이터 옵션과 카메라 옵션을 수정할 수 있습니다.

Auto Render


Start	일정 주기로 `Iterate`, `Render`를 반복합니다.
Start	일시 정지합니다.
Stop	이전 상태로 돌아갑니다.
frequency	`Iterate`, `Render` 빈도를 조절합니다.

Manual Render


Reset	모든 설정 및 입력을 초기화 합니다.
Iterate	변환 규칙이 적용된 word로 수정됩니다.
Render	현재 word를 기준으로 렌더링 됩니다. 모델은 (0, 0, 0) 원점에서 렌더링이 시작됩니다.

Word

초기 상태(symbols) 입력입니다. Iterate 및 Save As 전 Save를 클릭하여 저장해야 합니다. 아래 View current L-System code 버튼을 눌러 전체 word를 자세하게 볼 수 있습니다.

Rules


Add Ignores	변환 규칙 중 무시되는 Symbol을 설정합니다. symbol context를 확인할 때와 해당 symbol로 선언된 rule을 모두 무시합니다.
Add	변환 규칙을 추가 합니다.

Rule 예시

  ex.
      // generic (동일한 key가 있는 경우 확률 적용)
      // F is FF
      key F
      value FF

      // context-sensitive
      // ABF is ABCDEF
      key A < B > F
      value BCDE

      // parametric 
      // F(6, 7) is FF(6, 8)FF
      key F(s, t)
      value FF(s, t+1)FF

      // parametric + condition
      // F(7) is F(59)
      key F(t) : t - 5 > 0
      value F(t * 6 + 17)F

      // context-sensitive + parametric + condition
      // A(3)B(6) is A(3)[FF+]FF
      key A(c) < B(k) : c + k = 9
      value [FF+]FF

Symbols

이 프로젝트에서 사용되고 있는 symbol 입니다.

Symbol	Description	Parameters
`F`	Move forward	distance, thickness
`f`	Move forward (no drawing)
`G`	Move forward (no drawing, for drawing leaf)
`J`	Load .fbx model 1
`K`	Load .fbx model 2
`[`	Save the state (push)
`]`	Restore the state (pop)
`+`	Turn left	RU (+angle)
`-`	Turn right	RU (-angle)
`&`	Pitch down	RL (+angle)
`^`	Pitch up	RL (-angle)
`\\`	Roll left	RH (+angle)
`/`	Roll right	RH (-angle)
`\\|`	Turn around
`{`	Start drawing a leaf
`.`	Save this position by leaf vertex
`}`	End drawing a leaf

Constants

상수를 추가합니다. 성장 속도, 최대 두께 등을 constant symbol로 추가하여 동일한 프리셋으로 다양한 모델을 만들 수 있습니다.

Settings

Parameter	Description	Preset key
Distance	Forward 거리	`distance`
Angle	각도 조절 시 회전각도 (degree)	`angle`
Thickness	두께	`thickness`
Next Thickness	두께 변화량 (before * deltaThickness)	`deltaThickness`

Preset

Preset 탭에서 미리 등록된 프리셋을 읽어올 수 있습니다. 새로 생성하거나 수정한 상태에서 Save As 버튼을 눌러 새로운 프리셋을 생성할 수 있습니다.

Preset은 abop/data/preset/에 저장됩니다.

abop/data/preset/2d_tree_01.txt

  angle:22.500000
  thickness:0.300000
  deltaThickness:1.000000
  word:X
  rule
  X:F-[[X]+X]+F[+FX]-X
  F:FF
  end