Sketch based L-Systems for Tree Modeling in Virtual Reality

Abstract

Diese Arbeit präsentiert einen neuen Ansatz in Virtual Reality, um Baummodelle für digitalen Content zu erstellen, indem ein skizzenbasiertes Vorgehen mit einem prozeduralen System kombiniert wird. Skizzenbasierte Modellierung in Virtual Reality kann schnelleIterationen in der Erstellung von Baummodellen unterstützen, während ein prozedurales System Realismus und eine Vielzahl von generierten Assets aus einem Modell ermöglichen kann. Um dieses Konzept zu demonstrieren, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Virtual-Reality-Prototyp zur Erstellung von Baummodellen entwickelt. Skizzengestützte Modellierung wird in Verbindung mit L-Systemen verwendet, um die realistische Aststruktureines Baumes zu generieren. Um die Vorteile der Kombination von prozeduralen- undskizzengestützter Modellierung zu erreichen, wurde ein 2OL-System, ein spezialisiertes Lindenmayer System mit kontextbasierten Regeln und Parametern, adaptiert, um aufden Input des Benutzers zu reagieren. Diese Arbeit betrachtet die Herausforderungen,die Vorgaben des Users in die Parameter und Regeln des L-Systems einfließen zu lassen,um ein interaktives prozedurales System zu implementieren. Zusätzlich werden die Vor und Nachteile von einer skizzenbasierten Herangehensweise in Virtual Reality beleuchtet.Eine Benutzerstudie wurde durchgeführt, um die Benutzerfreundlichkeit des Prototyps im Vergleich zu einer Standardsoftware für die Erstellung von Baummodellen, SpeedTree,zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Prototyp in Bezug auf die Benutzerfreundlichkeit mit SpeedTree vergleichbar ist, jedoch den zusätzlichen Vorteil bietet,Baumformen schnell durch Skizzen zu generieren. Diese Forschung trägt zu den Bereichen Virtual Reality, Baummodellierung und skizzengestützter Modellierung bei, indem sie einen neuen Ansatz vorstellt, der L-Systeme zur schnellen Generierung parametrisierter Baummodelle nutzt.

This thesis proposes a new method for creating tree assets in virtual reality for digital content that combines a sketch-based approach, with a procedural branching system.Sketch-based modeling in virtual reality offers the possibility of quick iteration andcreation of models while a procedural system can aid realism but also provide a large variety of assets from one model. To demonstrate this concept, a virtual reality prototype for tree modeling that combines sketch-based modeling with L-Systems to generate atree’s branching structure is presented. To achieve the combined approach of sketch-basedmodeling and procedural generation of trees, a 2OL-System, a specialized Lindenmayer System that includes context sensitive rules and parameters, was implemented and adapted to react to the user’s input. This work explores the challenges of implementing an interactive L-System by including the user’s choices as parameters into the contextsensitive and parameterized generation rules of the system. Additionally the benefits and pitfalls are discussed that come with a sketch based interface in virtual reality. A user study was conducted to compare the usability of the prototype with a widely used tree modeling tool, SpeedTree. The results showed that the prototype is comparable to the level of usability as SpeedTree, but with the added benefit of quickly generating tree shapes through sketching. This research contributes to the fields of virtual reality, tree modeling, and sketch-based modeling by introducing a new approach utilizing L-Systems for the quick generation of parameterized tree models.