杉木人工林的三維可視化建模及其生長經(jīng)營模擬研究.pdf

1、杉木是我國最重要的用材林樹種之一，而用材林經(jīng)營管理的實質(zhì)在于通過人為的控制使之生產(chǎn)出數(shù)量多、質(zhì)量優(yōu)的木材。這無疑要求對林分的動態(tài)過程需有個清楚的了解。采用常規(guī)的試驗方法研究森林生長規(guī)律和經(jīng)營管理效果，不僅試驗的周期長，而且耗費大量的人力、財力。正是由于森林經(jīng)營的功能多樣性、動態(tài)性和周期性等特點，通過構(gòu)建虛擬森林環(huán)境來模擬森林的自然生長和經(jīng)營管理的過程和結(jié)果具有重要的科學(xué)意義。樹木的模擬是計算機(jī)圖形學(xué)在林學(xué)可視化領(lǐng)域應(yīng)用的核心問題，它主要

2、是應(yīng)用計算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)理論與研究方法來模擬和可視化表達(dá)樹木的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其生長過程。本文根據(jù)樹木構(gòu)筑的理論，結(jié)合實驗區(qū)實測數(shù)據(jù)，提出基于形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的單樹杉木計算機(jī)建模方法；并基于面向福建省地域特征的杉木林生長模型和經(jīng)營管理模型，對在三維虛擬森林環(huán)境中模擬杉木林分自然生長和人工經(jīng)營措施的原理與技術(shù)方法進(jìn)行了探索性嘗試。本文主要的研究工作如下： (1)從單棵樹木的幾何建模與繪制、真實感森林場景繪制、森林生長模型、森林經(jīng)營管理可視化模

3、擬四個方面對論文相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的總結(jié)和歸納，并指出了當(dāng)前研究所存在的不足。 (2)根據(jù)實測數(shù)據(jù)和樹木構(gòu)筑的特點，通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述方法與幾何形態(tài)參數(shù)的定義重構(gòu)成具體的植物空間形態(tài)，提出了基于形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的一種交互式、參數(shù)化的樹木建模的方法。并在此基礎(chǔ)上建立了福建省典型樹種-杉木的幾何模型。 (3)研究樹木生長模型的可視化表達(dá)，分析單株木的生長模型，把模擬的的形態(tài)特征參數(shù)映射為三維模型的幾何參數(shù)，構(gòu)建不同

4、生長階段的模型，并且根據(jù)此模型研究在單株環(huán)境下樹木的生長模擬；分析樹木的林分生長模型，研究真實感森林場景構(gòu)建的若干技術(shù)，并根據(jù)此模型研究在森林環(huán)境下對樹木的生長模擬。 (4)提出了基于虛擬森林環(huán)境的林分經(jīng)營模擬方法。以林分撫育間伐和更新造林為例，通過研究林分密度控制等相關(guān)理論和技術(shù)規(guī)范，對虛擬森林場景中模擬林分人工經(jīng)營活動的方法和相關(guān)問題進(jìn)行了探索性嘗試。 (5)在相關(guān)理論算法研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個面向森林經(jīng)營管理的虛