杉木人工林的三維可視化建模及其生長(zhǎng)經(jīng)營(yíng)模擬研究.pdf

1、杉木是我國(guó)最重要的用材林樹(shù)種之一，而用材林經(jīng)營(yíng)管理的實(shí)質(zhì)在于通過(guò)人為的控制使之生產(chǎn)出數(shù)量多、質(zhì)量?jī)?yōu)的木材。這無(wú)疑要求對(duì)林分的動(dòng)態(tài)過(guò)程需有個(gè)清楚的了解。采用常規(guī)的試驗(yàn)方法研究森林生長(zhǎng)規(guī)律和經(jīng)營(yíng)管理效果，不僅試驗(yàn)的周期長(zhǎng)，而且耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力。正是由于森林經(jīng)營(yíng)的功能多樣性、動(dòng)態(tài)性和周期性等特點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)建虛擬森林環(huán)境來(lái)模擬森林的自然生長(zhǎng)和經(jīng)營(yíng)管理的過(guò)程和結(jié)果具有重要的科學(xué)意義。樹(shù)木的模擬是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在林學(xué)可視化領(lǐng)域應(yīng)用的核心問(wèn)題，它主要

2、是應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)理論與研究方法來(lái)模擬和可視化表達(dá)樹(shù)木的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)過(guò)程。本文根據(jù)樹(shù)木構(gòu)筑的理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出基于形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的單樹(shù)杉木計(jì)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(zhǎng)模型和經(jīng)營(yíng)管理模型，對(duì)在三維虛擬森林環(huán)境中模擬杉木林分自然生長(zhǎng)和人工經(jīng)營(yíng)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(shù)木的幾何建模與繪制、真實(shí)感森林場(chǎng)景繪制、森林生長(zhǎng)模型、森林經(jīng)營(yíng)管理可視化模

3、擬四個(gè)方面對(duì)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和樹(shù)木構(gòu)筑的特點(diǎn)，通過(guò)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(shù)木建模的方法。并在此基礎(chǔ)上建立了福建省典型樹(shù)種-杉木的幾何模型。 (3)研究樹(shù)木生長(zhǎng)模型的可視化表達(dá)，分析單株木的生長(zhǎng)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(zhǎng)階段的模型，并且根據(jù)此模型研究在單株環(huán)境下樹(shù)木的生長(zhǎng)模擬；分析樹(shù)木的林分生長(zhǎng)模型，研究真實(shí)感森林場(chǎng)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(duì)樹(shù)木的生長(zhǎng)模擬。 (4)提出了基于虛擬森林環(huán)境的林分經(jīng)營(yíng)模擬方法。以林分撫育間伐和更新造林為例，通過(guò)研究林分密度控制等相關(guān)理論和技術(shù)規(guī)范，對(duì)虛擬森林場(chǎng)景中模擬林分人工經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的方法和相關(guān)問(wèn)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(jì)了一個(gè)面向森林經(jīng)營(yíng)管理的虛