建立树木三维可视化模型数据选取的研究

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虚拟树木生长建模及可视化研究综述

第42卷第11期2006年11月林业科学SCIE NTI A SI LVAE SI NIC AE V ol 142,N o 111N ov.,2006虚拟树木生长建模及可视化研究综述雷相东1　常　敏2　陆元昌1　赵天忠2(11中国林业科学研究院资源信息研究所　北京100091;　21北京林业大学信息学院　北京100083)摘　要:　虚拟树木,就是应用计算机模拟树木在三维空间中的生长发育状况,近年来已成为植物学、农林业、环境科学和计算机领域的研究热点。

生长模型和可视化技术是它的核心内容。

虚拟树木生长模型包括形态结构模型、功能模型和结构-功能模型等,其中结构-功能模型可以模拟树木与环境间的相互关系,其结果为树木的三维结构,因此它最为接近现实树木的生长,是虚拟树木生长模型的发展方向。

树木形态的复杂性与计算时间和空间的矛盾一直是可视化研究中的难点。

树木可视化还有不同于其他物体的特性,如多级分枝、枝条的弯曲、自相似、向光性、树木分枝间的光滑与非光滑连接等。

树木可视化软件可分为2类:纯图形学软件和基于结构-功能模型的软件,其应用已涉及娱乐、商业、计算机辅助景观设计、教育、科研和林业生产等方面;但在树木构筑型数据的采集和管理、结构-功能模型的建立、树木可视化技术的研究及面向林业生产等方面仍需要大量的工作。

关键词:　虚拟树木;生长模型;可视化中图分类号:S71;TP39118 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2006)11-0123-09收稿日期:2005-04-28。

基金项目:国家863计划项目(2003AA209020),国家自然科学基金项目(30371157)。

A R eview on G row th Modelling and Visualization for Virtual T reesLei X iangdong 1　Chang M in 2　Lu Y uanchang 1　Zhao T ianzhong 2(11Institute o f Forest Resources In formation Techniques ,C AF Beijing 100091;21College o f In formation ,Beijing Forestry Univer sity Beijing 100083)Abstract :　Virtual trees are m odels that describe the grow th and development of a tree in 3D space by com puter simulation.The study of virtual plants has been m ore and m ore popular in botany ,agriculture ,forestry ,environmental sciences and com puter.G row th m odelling and visualization techniques are essential parts of virtual plants.G row th m odels of virtual trees include m orphological structural m odels ,functional m odels and functional 2structural m odels.Functional 2structural m odels may simulate the interaction between trees and its environment ,whose outputs are 3D structure of trees.Therefore ,functional 2structural m odels are m ore close to realistic tree grow th process and lead the trend of tree grow th m odelling.One of the major difficulties in tree visualization is the contradiction of between com puter time and mem ory occupation and tree m orphological structure com plexity.S pecific features different from normal objects for visualization cover self 2sim ilarity ,ram ification ,branch bending ,phototaxy ,sm oothly and un 2sm oothly blending branching etc.T ree visualization software is based on either pure graphics or functional 2structural m odels ,which has been applied in games ,commerce ,com puter 2assistant landscape design and forestry education ,research and practice.Further w ork should be done in the collection and management of tree architecture data ,the development of functional 2structural m odels ,the visualization techniques and forestry 2oriented application.K ey w ords :　virtual trees ;grow th m odelling ;visualization森林是一个复杂的动态生态系统。

林业三维可视化解决方案

z 三维可视化地形结合视频监控信息全面反映火灾现场
4.14. 应急救援
分局火灾火其他应急状况发生地点及周边人员、车辆和设备的情况，实现方案的制定、模拟和对比，系统四号线图下图所示，功能特点： z 真实地貌、水源地显示 z 应急设备、车辆、人员的空间分布及查询
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z 车辆轨迹管理
4.11. 视频监控集成
运用易景三维地球平台的视频集成接口，实现现有视频监控系统的成功功能，
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包括视频的开启、视频参数调整（缩放、角度、光圈、聚焦）等功能的集成，功能界面如图：
4.12. 短信彩信集成
运用易景地球平台的短信/彩信集成接口实现 GPRS/GSM 短息的集成，绝缘体功能： z 支持短信在线编辑发送 z 短信实时提示 z 短信彩信列表管理
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4.4. 空间数据属性数据集成
空间数据和属性数据的集成是三维林业可视化平台中的核心部分，将空间数据和属性数据无缝关联，实现空间数据和属性数据的查询、联动、分析和管理， z 点击查询三维林业场景中的小班数据、专题数据的弹出属性（HTML 或数
据库关联） z 关联属性的趋势分析和对比分析（根据业务需求）
定位等操作，操作方式友好，类似普通游戏操作 z 视点导航：实现对场景中关键视点的保存、管理和定位 z 场景复位：场景恢复到初始视点
4.2. 二三维联动漫游
基于辽宁林业物联网建设是基于二三维 GIS 系统的集成，所以实现二维系统和三维系统的联动操作和无缝集成就显得尤为重要。易景三维地球平台为易伟航公司自主开发具有自主知识产权的三维 GIS 平台产品，正式基于这一优势，可以基于对三维 GIS 平台底层接口的开放和修改，运用消息机制实现二三维系统的联动操作和浏览，功能： z 二维地图与三维场景浏览联动操作 z 二三维视角联动操作

基于OpenGL和VC的树木三维可视化研究

基于OpenGL和VC的树木三维可视化研究摘要：本文给出了visual c++下的opengl通用基础框架程序架构，并基于图形纹理映射技术，在visual c++中利用opengl，通过纹理实时处理方法、纹理贴图方法实现了栎树的建模，取得了较好的仿真效果。

关键词：树木可视化 opengl visual c++景观可视化建模是当前3dgis、虚拟现实等领域研究的热点之一，其核心技术是计算机图形学。

对于计算机图形技术而言，生成植物、地形等一类具有真实感的自然景物比人造物体的仿真要复杂得多[1]。

由于自然景物没有规则的几何外形，而且自然景物具有丰富的无限细微的结构，很难用传统的几何方法加以描述。

树木无疑是自然场景的重要构成因素，树木种类繁多、形态各异，复杂的结构使其无论在造型、存储还是绘制上都存在相当的困难。

本文基于opengl与visual c++对宝天曼自然保护区的栎树进行仿真，取得了较好的可视化效果。

1、开发框架在目前众多的windows应用程序开发工具中，微软公司的visual c++6.0已经成为opengl图形应用的首选开发工具，而要使用opengl图形库来开发2d/3d的应用程序，就必须首先解决程序框架的问题[2,3]。

下面就如何建立一个通用基础框架程序做详细的介绍。

(1)首先启动visual c++6.0程序，建立一个新的工程；(2)完成opengl基础库设置；(3)添加变量和函数。

主要包括添加公共成员变量、数组、成员函数、消息响应函数到类等操作；(4)变量初始化；(5)设置像素格式。

在初始化opengl时，初始化函数需要一种叫做pixelformatdescriptor的结构，来完成对像素属性的设置，包括缓存设置、颜色模式、颜色位数、深度缓存位数等。

(6)使用渲染描述表。

创建渲染描述表可以使用以下语句来完成：(7)opengl 其他设置。

2、实现方法2.1 纹理实时处理方法void crenderview::loadtextureimage(cstring strfilepath) {glint m_treetexwidth=256,m_treetexheight=256;image=auxdibimageload(strfilepath);myimage=(unsigned char*)malloc(m_treetexwidth*m_treetexheight*3);glpixelstorei(gl_unpack_alignment,1);glteximage2d(gl_texture_2d,0,4,m_treetexwidth,m_treetexhe ight,0,gl_rgba, gl_unsigned_byte, rgba);/*glteximage2d()函数表示定义一个二维纹理映射。

文献综述-树木可视化

1.2.1 树木三维可视化模拟技术目前，用于构造植物形态结构的计算机模型很多，大致可分为3大类：第1类模拟用于生成仅从视觉上近似于植物的计算机图形，注重视觉效果的逼真性，而不是植物学理论的真实性；第2类模型称为静态结构模型，是利用三维数字化方法测定具体植物的形态结构后直接应用这些数据构造特定植物的形态模型；第3类模型是动态结构模型，能模拟植物的动态生长过程（郭焱等，2001；刘兴龙等，2008）。

有关树木形态生长可视化模拟的建模方法主要有以下几种：分形法（L系统、IFS法、DLA模型法）、几何结构法、粒子系统法、随机过程法和特征综合推理法。

（1）分形法理论生物学家Lindenmayer提出了著名的基于文法、侧重于植物拓扑结构的L系统（Lindenmayer，1968）；Mech与Prusinkiewicz提出了所谓的“开放式（open）L系统”；为了模拟植物的连续生长过程，Prusinkiewicz等还提出了时变L系统。

为了能够进一步应用微分方程表示植物的连续变化过程，Prusinkiewicz等又提出了微分L系统。

加拿大Calgary大学的Prusinkiewiez等人，以L系统为植物形态结构的描述框架，开发了Vlab虚拟植物系统（Prusinkiewiez，1975）。

李大锦、徐盛、袁震东等人应用L系统算法来模拟树木在不同环境下的生长状况（李大锦，2007）。

L系统经过不断的发展，已经成为一种应用广泛、功能强大的植物模拟方法，它强调计算机图形学与植物生长机理的结合。

但是，这种方法也存在着一些缺陷。

一方面，L系统生成一个字符发展序列是一个并行迭代过程，这和植物并行生长的特征相吻合。

基于这个特点，用L系统模拟植物的生长，提取其生长规则是关键，由于高大植物的生长规则不易提取，所以L系统不能很好的模拟高大植物；另一方面，在L系统具体编程实现时，形式语言的表示方法比较复杂，而且由于在产生式中同时描述植物的几何结构信息和拓扑信息，理解和使用也比较困难。

国内树木三维可视化技术研究进展

要求较高，木生长的生理确定性（树如树种，方向性等
生理性质）和长势不确定性（如生长受地理位置、候气
何又无法描述的几何现象和物体。根据所选择的分形造型的模型不同，产生树木分形图形的方法主要分为
三种方式：基于ＬＳｓｍ的分形图形、迭代函数系统－ｙｔｅＩＳＦ方法及粒子系统模型方法。
维普资讯
国肉■木三雏可视化技术研究进晨
龙洁，苏喜友
（北京林业大学信息学院，北京１０８）００３摘要：由于树木形态的复杂性对模拟技术和系统开销的要求较高，树木生长的生理确定性和长势不确定性
等特点，使树木三维可视化的研究至今仍未得到一个完备的具有林业研究意义的三维计算机树木模型。本文在广泛研究国内树木三维可视化软件开发的基础上，从分形理论、图像解析和ＧＩ技术三个方面对现有研究进行分类Ｓ阐述，简要叙述了现有研究的主要技术思路与最新研究成果，并指出了现有研究中存在的主要不足。
ａｄｄｅｕｖｙｏｈＤｔｅｄｌｇｔｃｎｑｅ，ｈｓａｔｃｅｄｓｒｂｄｔｅｃｒｅｔｍａｎｍｅｈｄｎｅｕｔｒｅｎｅｐｓｒｅｎｔｅ３ｒｅｍｏｅｉｈｉｕｓｔｉｒｉｌｅｃｉｅｈｕｒｎｉｔｏｓａｄｒｓｌｓｉｔｅｎｅｎｈｃａｓｆａｉｎ：ｒｃａｔｏｓｉｇｎｌｓｓＧＩｅｈｏｏｉｓＡｎｌｏｐｉｔｄｏｔｈｉｉａｖｎａｅｕｒｎｌｓｉｃｔｓｆａｔｍｅｈｄ，ｍａｅａａｙｉ，Ｓｔｃｎｌｇｅ．ｄｉａｓｏｎｅｕｅｍａｎｄｓｄａｔｇｓｉｃ０从００年至今国内从事树木可视

基于SpeedTree的树木三维可视化

基于SpeedTree的树木三维可视化摘要：以某高校为例，研究树木的三维可视化。

首先通过外业实地拍摄校园树木，获取树木树皮以及树叶贴图，使用Photoshop对图片进行处理生成材质贴图，经过Crazybump转换生成法线贴图。

建模材质完成后，利用 SpeedTree 软件对树木进行建模，完成的模型制作3D符号，导入ArcGIS中，对学校局部区域的树木进行三维林分建模仿真，实现一定的树木属性查询功能，分析树木三维可视化效果。

结果表明使用SpeedTree软件制作的树木模型对于模拟三维林分场景效果较好。

关键词：SpeedTree；三维可视化；ArcGIS；建模；林分场景一、国内外研究现状目前国内很多学者对于树木三维可视化技术有很多研究，并大致分为以下三种方式：基于 L-System理论的分形研究、运用迭代函数系统的IFS（Iterated Function System）方法及粒子系统模型方法，这种分类方法是依据选择模型的异同进行的。

本文采用第一种方法，使用SpeedTree软件对树木进行建模。

目前大多数文章探讨使用Sketch up，3ds max等软件对树木进行建模，虽然已获得了初步的研究成果，但由于软件的局限性，对于树木在自然中的状态的展现还是有所不足。

文中利用SpeedTree软件进行树木三维建模，SpeedTree能最大程度地平衡性能和视觉效果，满足植物景观可视化需求，较好的展现自然界树木形态。

并且以 GIS 技术为辅助，功能强大，包含数据管理、三维分析、空间数据分析等。

二、制作过程及方法1、前期准备建模前期的准备工作十分重要，准备工作充分与否直接影响后期树木模型的制作。

树木的定位主要根据树根坐标位置，根据具体树木位置布置树木坐标，同时调查树木属性信息，为建立树木数据库奠定基础。

树木可视化建模时，首先拍摄校园内所需树种的树木，拍摄的原则是选取树木生长状况良好，叶子尽量多。

拍摄过程中，尽量以一张白纸为背景，为后期图片处理做好准备工作，减少工作量。

树木三维可视化论文：树木三维可视化 OpenGL 虚拟森林

树木三维可视化论文：树木三维可视化模拟研究与系统实现【中文摘要】数字林业飞速发展,采用可视化技术与虚拟技术模拟树木生长和森林经营管理有着非常重要的意义。

现有的可视化软件存在与树木生理学结合不紧密等不足,因此,需要开发一种基于实测数据的树木形体结构的可视化模拟软件。

本文以黑龙江省牡丹江市穆棱地区天然次生林中的红松为研究对象,于2008年设置了14块标准样地,通过树干解析、枝解析的方法获取了18株红松的树干和树枝变量因子的数据资料(包括树高、直径、着枝深度、枝长、方位角等)。

本文以VC++为编程语言,结合OpenGL开放式图形库,开发了三维树木可视化系统,实现了基于实测数据和生长模型的红松形态结构模拟、外部3DS树木模型导入和森林环境场景的构建。

本文是林业公益性行业科研专项—森林经营规划软件的一部分,主要详细研究内容如下：1、研究树木三维可视化模拟技术和建模方法的发展状况,分析树木三维可视化模拟过程中存在的不足和缺陷,提出基于实测数据和生长模型的形态几何建模方法。

通过定义树木相关变量因子的结构体、类、函数及变量,加载实测数据文件并读取相关字段到树木结构体中,在经过初始化和渲染完成树木形态结构的绘制,实现了红松静动态模拟。

这种方法得到了较好的树木可视化效果,为其...【英文摘要】Nowadays, with the rapid development of the figures forestry, using the visualization techniques and virtual technology to simulate the growth of tree and forestmanagement process is very important. But the obvious biologyis not so close to the structure of tree, it needs developmentsuch as a tree-dimensional visualization software which basedon data mapping. This study was performed in Korean pine (Pinus koraiensis Sieb) plantations in muling, mudanjiang,heilongjiang province. Based on stem and branch...【关键词】树木三维可视化 OpenGL 虚拟森林【英文关键词】Three-dimensional visualization OpenGLVirtual forest【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【目录】树木三维可视化模拟研究与系统实现摘要3-4Abstract4 1 绪论7-25 1.1 引言7-8 1.2 树木三维可视化研究概况8-22 1.2.1 树木可视化模拟技术8-10 1.2.2 树木三维可视化图形建模方法10-18 1.2.3 树木三维可视化常用软件18-22 1.2.4存在的问题和不足22 1.3 研究目标与研究内容22-25 1.3.1 研究目标22-23 1.3.2 研究内容23-24 1.3.3 技术路线24-25 2 树木生长模型和几何形态模型的建立25-35 2.1 数据收集与整理25-28 2.1.1 红松简介25 2.1.2 地理位置及地形地势25 2.1.3 森林资源及评价25 2.1.4 数据收集及整理25-28 2.2 树木生长模型28-31 2.2.1 树木生长理论方程28-30 2.2.2 树木生长经验方程30-31 2.3 红松部分生长模型的确定31-32 2.3.1 树高生长模型31-32 2.3.2 胸径生长模型32 2.4 红松几何形态建模与绘制方法32-34 2.4.1 树干模型与绘制方法32-33 2.4.2 枝条模型与绘制方法33-34 2.4.3 树叶模型与绘制方法34 2.5 本章小结34-35 3 树木三维可视化系统的设计35-42 3.1 系统设计原则35 3.2 系统需求分析35-36 3.3 系统可行性分析36 3.4 系统总体框架36-37 3.5 程序结构与功能37-38 3.6 系统开发平台的选择38-41 3.6.1 VC++6.0编程语言38 3.6.2 OpenGL图形函数库简介38-40 3.6.3 OpenGL在VC++6.0环境下的框架建立40-41 3.7 本章小结41-42 4 树木三维可视化系统的实现42-58 4.1 系统类结构42-43 4.2 程序结构与功能实现43-57 4.2.1 用户界面的设计43 4.2.2 地面场景的设置43-45 4.2.3 红松单木实测数据的读取45-46 4.2.4 单木静动态三维可视化模拟46-50 4.2.5 虚拟生长环境的模拟50-53 4.2.6 3DS树模型的导入53-56 4.2.7 简单虚拟森林场景的模拟56-57 4.3 本章小结57-58结论58-59参考文献59-64攻读学位期间发表的学术论文64-65致谢65-66。

三维可视化技术在数字林业中的应用研究

摘要：数字林业的三维可视化是在林学和计算机图形学领域研究的一个热点，从简单的林木三维建模到辅助进行森林空间结构合理化，三维可视化技术都提供了全新的森林经营理念和生产管理方式。

从树木模型、虚拟林相图、生长模型、林火模拟、病虫害监测、森林空间结构六个方面介绍了三维可视化技术在数字林业中的应用概况，并且分析了三维可视化技术对林业生产、经营、管理、决策等起到的重要作用。

森林资源信息量大、涉及面广、关系复杂，因此森林资源三维可视化的研究还需要不断深入。

关键词：中图分类号：TP391．9文献标识码：A 文章编号：2095－2163（2011）03－0031－05A Study on Application of 3D Visualization Technology in Digital ForestryWU Wenjin ，WANG NihongAbstract :Three-dimensional (3D)visualization of Digital Forestry is a hot topic in the field of forestry and computer graphics.From simple 3Dmodeling of trees to aid rationalization of forest spatial structure,refreshingly different forest trade conception and production management mode are provided by 3D visualization technology.The six kinds of application situation of 3D visualization technology in the digital forestry,namely tree mod-el,virtual forest type map,growth model,forestry fire simulation,pest and disease monitoring,forest spatial structure are summarized,and the impor-tant role of 3D visualization technology in forestry production,operation,management,decision-making and so on are analyzed in this article.There are large amount of information,wide range and complex relationship in forest resource,so furthering research on 3D visualization of forest resource are also needed.Key words:收稿日期：2011－07－22作者简介：吴文静（1987－），女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，主要研究方向：3S 理论及应用；王霓虹（1952－），女，黑龙江齐齐哈尔人，本科，教授，博士生导师，主要研究方向：3S 技术与数字林业、现代信息技术与信息安全等。

三维可视化技术在林业中的应用研究进展

关键词：维可视化技术；长模型；火模拟；三生林森林空间格局
中图分类号：７７１Ｐ０￥５．；２８
文献标识码：Ａ
文章编号：６１３６（０００－０９０１７－１８２１）６００－５
中．中，维可视化又是三维ＧＳ的最主要应用方其三Ｉ
１国内外研究现状
最早将可视化技术应用到森林经营中的是美国学者ＢａｒｎｒｉＯｌｄ在１９ｎａ９４年研究并开发的森林三维可视化系统Ｓａｔｏｅｔ．ｍｒＦｒｓ … 森林可视化模拟以林业空间数据为依托，以虚拟现实技术为支撑，以森林经营技术为指导，在虚拟森林环境中进行与森林生长及相关问题的定性和定量的综合分析，以解决复杂的森林管理规划问题．国外的森林可视化模拟研究现状可以概括为２个方面．是从单一利用具有某一特定功能的软件一进行森林经营及相关研究，发展到具有景观规划、森林动态生长和森林经营模拟等功能大型软件，到再
三维可视化技术在林业祥，影游叶
（京林业大学，京１０８）北北００３摘要：阐述三维可视化技术及其在国内外的研究现状．述了林木可视化、长模型、火模拟、林空间格局４种综生林森三维可视化应用方式在林业中的应用研究概况．三维可视化在林业生产和森林经营管理中的不同应用方式的功对能、用进行了分析概述，展望了其应用前景．作并

三维可视化技术论文：三维可视化技术在林业中的应用研究进展

三维可视化技术论文：三维可视化技术在林业中的应用研究进展目前三维可视化技术已广泛应用于林业，从简单的林木三维建模到辅助进行林分空间结构合理化提供了一种全新的森林生产经营理念和方式.现主要介绍在林业中最常见和最重要的应用方式.林木可视化化技术在林业应用中的基础.结合森林空间结构特征信息，可为森林经营决策提供可视化的、精准的决策标准.反演成具体的林木空间形态，采用光照、纹理、渲染等手段绘制林木图像.20世纪70年代诞生的分形几何学仍是目前林木三维可视化的主要理论依据.根据所选的分形造型的模型不同，可将产生林木分形图像的方法分为3种：基于l-system 的分形图形、迭代函数系统ifs方法及粒子系统模型方法［11,12］.分形理论的应用大大缓解了林木结构和生长复杂性给模拟带来的困难.l-系统( l-system) 是美国生物学家aristid lindenmayer于1968年提出的，指用形式语言的方法来描述植物形态的发生和生长过程.1990年清华大学郑卓嘉等率先使用l-system理论生成树木的三维逼真图形，随后，北京林业大学的郝小琴等也通过此算法，提出了与林业结合的dol算法.迭代函数系统ifs（iterated function system）是hutchison(1981)和bamsley(1985)提出并发展起来的一种研究分形集的数学方法.ifs是以仿射变换为框架，根据几何对象的整体与局部具有自相似结构，将总体形状以一定的概率按照不同的仿射变换迭代下去，直至得到满意的分形图形.粒子系统方法是1983年reevs提出的一种模拟不规则模糊物体的方法.其基本思想是采用许多形状简单的微小粒子( 例如点、小立方体、小球等) 作为基本元素来表示自然界不规则的模糊景物如粒子的产生、运动与死亡，模拟景物的动态变化.2004年雷蕾等基于粒子系统思想提出了一种基于能量模型的叶片纹理构造算法，不仅提高了模拟叶片的真实性，也避免了传统纹理贴图带来的复杂性和局限性可以看出可视化对研究森林这样复杂的生态系统来说是必不可少的.林木可视化为森林三维可视化系统提供了基础的模型.利用生长模型可以快速地模拟林分生长状况，为选择合理的竞争指标和应用不同的方法来建构竞争指标提供了依据；林火模拟能够有效地避免和减少火灾带来的灾害，同时结合通视域分析等信息可以建立合理的防火设施；空间格局的研究是和森林经营管理结合最紧密的应用方式，值得注意的是，影响空间结构参数的计算公式大多与林木间距、胸径、相邻木角度、树高等因素有关.通过研究某一区域的林木生长状况，可以得出不同树种的冠—径和冠—高模型，从而可以通过树冠面积计算林木的胸径和树高；借助大比例尺遥感数据可获得林冠投影、树木间距等信息，评估林分空间格局，极大地减少了野外调查工作.林中，也可通过模拟选择最优的经营方式，避免经营失误带来的经济和环境的损失，减少林业工作者传统作业的工作量.随着计算机的进步和软件的不断开发，可视化在林业中的应用将会更为便利.如新发布的arcgis 10版本就着重增强了其三维可视化和分析能力，不仅可以在三维环境中调用二维分析工具并展现最终的二维分析结果，还新增加了26个分析工具，实现了真正的三维分析.其时态gis的功能也可用于对比不同时期的林分结构等.。

基于GIS的林木三维可视化分析技术

基于GIS的林木三维可视化分析技术苏逸平【摘要】运用GIS组件技术，对空间结构分析与森林可视化系统进行了开发和优化。

首先需要创建符合树木纹理贴图特征的三维树木模型；然后运用Voronoi图优化传统的森林空间结构指数运算方式；最后利用ArcGIS完成分析。

研究结果表明，所开发的软件能为森林经营中的一些重大决策提供直观、精确的资料，可在一定程度上为常绿阔叶林等林业资源的保护以及经营管理提供帮助，促进林业的健康发展。

【期刊名称】《地理空间信息》【年(卷),期】2016(014)009【总页数】2页(P60-61)【关键词】森林可视化;GIS组件技术;空间结构;森林经营【作者】苏逸平【作者单位】浙江省测绘资料档案馆，浙江杭州 310012【正文语种】中文【中图分类】P208在人类从原始社会走向文明社会的进程中，森林起到了至关重要的作用。

文献[1]用L-system理论对树木结构特征进行描绘，从而制作出较逼真的树木三维立体图形。

这一研究促进了L-system在林业可视化中的应用[2]。

文献[3]基于L-system 理论，在可视化研究上取得明显进步，主要是将DOL算法融入到林业生产实际中。

文献[4]对L-system在表述植物形态结构方面的能力进行了研究，并运用该技术对一类竹子的外形进行了模拟演示。

随着计算机技术的飞速发展以及地理信息技术的不断进步，林业应用领域出现了“数字林业”的概念，计算机技术和GIS技术在林业研究中得到了日益广泛的应用。

当前，GIS/CAD和可视化专业软件可以完成森林可视化的操作任务。

GIS可用于制作大范围的森林虚拟景象[4-7]，但对基于真实树木位置的林分不能进行准确、直观地描述。

CAD对绿篱、行道树和株距固定的人工林等规则形态物体的描述比较擅长，但对无规则生长的天然林则无法满足要求。

这些软件所具备的技术都是宏观层面的，没有从微观世界的角度对林木本身进行三维可视化研究。

本文基于GIS技术，将宏观上的林木可视化和微观上的空间结构有机融合，进而形成一套新方法，以期为恢复、保护和重建森林生态系统提供理论依据和技术支撑。

林业资源可视化与空间分析技术

林业资源可视化与空间分析技术林业资源是指森林及其相关植被、动物、土壤等各项因素的总称，是人类赖以生存和发展的重要自然资源之一。

为了更好地管理和保护林业资源，可视化与空间分析技术的应用变得尤为重要。

本文将探讨林业资源的可视化与空间分析技术，介绍其应用领域与方法，并讨论其在林业资源管理中的重要性。

一、林业资源可视化技术1. 三维建模技术三维建模技术是将林业资源在三维空间内进行建模和展示的技术手段。

通过地理信息系统（GIS）和遥感技术，可以将林地、山脉、河流等各种地形要素以立体、逼真的方式呈现出来。

这样的可视化效果有助于人们更加直观地了解林业资源的分布特点和空间关联关系。

2. 数据可视化技术数据可视化技术是将林业资源数据以图表、图形等形式进行直观表达和展示的技术手段。

通过统计分析、图像处理等方法，可以将林业资源的信息转化为可视化的图像，如热力图、柱状图、散点图等，使人们更加清晰地了解林业资源的数量、分布和变化趋势。

二、林业资源空间分析技术1. 空间叠加分析空间叠加分析是指在GIS平台上将不同空间数据进行叠加和分析，以探究它们之间的空间关系和相互影响。

在林业资源管理中，可以通过将林地范围数据与其他地理要素数据进行叠加分析，如土壤类型、气候条件等，以评估林地适宜性和生长潜力。

2. 空间插值分析空间插值分析是通过已知的有限采样点数据，推测未知位置上的数值，并生成连续的空间表面模型。

在林业资源管理中，可以通过采集林地样点数据和相应的属性信息，运用插值算法进行空间插值分析，以生成林地属性的连续分布图，如林木高度、密度分布等。

三、林业资源可视化与空间分析技术的应用1. 林业资源调查与监测可视化与空间分析技术在林业资源的调查与监测中具有重要的应用价值。

通过对遥感影像数据进行分类和解译，可以实现对林地类型、森林覆盖度等指标的快速提取与分析。

同时，借助GIS平台，结合林业资源数据库，可以实现林地的实时监测与动态更新，为林业资源管理部门提供科学依据。

林业资源的可视化与空间分析技术研究

林业资源的可视化与空间分析技术研究随着人口的不断增长和经济的不断发展，对林业资源的管理和利用越来越重要。

为了更好地了解和利用林业资源，可视化与空间分析技术在林业资源研究中起到了至关重要的作用。

本文将探讨林业资源的可视化与空间分析技术及其在林业资源研究中的应用。

一、可视化技术在林业资源研究中的应用可视化技术是通过图表、图像等形式将数据可视化，帮助人们更直观地了解和分析数据。

在林业资源研究中，可视化技术可以通过绘制地图、制作图表等方式来呈现林地分布、植被类型、物种分布等信息，从而帮助研究人员更好地了解林业资源的状况。

以地图为例，通过将林地分布情况绘制在地图上，可以清晰地展示不同地区的林木资源分布情况。

通过色彩的使用，可以将不同类型的植被以不同的颜色呈现，帮助人们直观地了解不同地区的植被类型。

此外，地图上还可以标注物种分布点，利用不同符号表示不同的物种，方便研究人员对物种分布进行观察和分析。

除了地图，制作图表也是可视化技术的一种常见应用形式。

研究人员可以通过绘制柱状图、折线图等形式，将林木数量、植被覆盖度等信息表达出来，从而更好地比较和分析不同样地的数据差异。

二、空间分析技术在林业资源研究中的应用空间分析技术是一种将位置信息与属性数据进行结合分析的技术，可以帮助研究人员更全面地了解林业资源的分布和变化规律。

其中，空间插值技术是空间分析技术中的一种常用方法。

通过空间插值技术，可以根据已知的采样点数据，推算出未知位置上的林木数量、植被类型等信息。

这对于大面积林地资源的调查和监测具有重要价值。

例如，研究人员可以通过采集一定数量的样点数据，然后利用空间插值技术，推算出整个林地范围内的林木数量分布情况，为林业资源管理和规划提供科学依据。

另外，空间分析技术还可以用于林地变化监测。

通过对不同时间点的遥感影像数据进行比较，可以分析林地的变化情况，从而研究人员可以及时了解到林地退化、森林火灾等问题的发生，并采取相应的措施进行修复和保护。

林业可视化技术在林木栽培与管理中的应用效果分析

林业可视化技术在林木栽培与管理中的应用效果分析林业可视化技术，是指通过先进的三维可视化技术、遥感技术以及地理信息系统等，将实际的林木栽培与管理过程数字化、可视化展示的一种技术手段。

这一技术的引入能够为林木栽培与管理带来许多优势与便利，本文将对其应用效果进行分析。

一、林业可视化技术的应用范围及原理林业可视化技术的应用范围广泛，可以应用于林木种植规划、病虫害监测、森林火灾预防、资源评价等多个方面。

其原理主要通过采集林木栽培与管理异地的图像、高程数据和其他环境数据，使用专业软件进行数据处理和建模，最终生成逼真的三维图像，以反映真实的森林资源状况。

二、林业可视化技术在种植规划中的应用效果分析1. 实时展示栽培情况：通过林业可视化技术，可以实时展示不同林木种植区的生长状态、生长密度等信息，从而帮助林业管理者了解林木栽培情况，并根据需要进行调整。

2. 预测林产品产量：根据林业可视化技术所生成的三维图像，可以计算出每个种植区的林木数量及其生长情况，进而预测林产品的产量，为林业经营和市场销售提供参考依据。

3. 优化种植布局：利用林业可视化技术，可以对林木的空间布局进行优化，如合理安排树木的密度、高度等，最大程度地提高林木生长效益。

三、林业可视化技术在病虫害监测中的应用效果分析1. 早期发现病害：通过对林业可视化技术生成的三维图像进行观察，可以及早发现病虫害在林木中的蔓延情况，并对其进行识别和监测。

2. 助力病虫害防治：利用林业可视化技术，可以确定病虫害发生的具体地点，并对影响范围进行精确划定，从而有针对性地采取相关防治措施，提高防治效果。

3. 监测防治效果：通过林业可视化技术的连续应用，可以实时地监测病虫害防治效果，评估防治效果的好坏，并及时调整防治策略，从而保障林木的健康生长。

四、林业可视化技术在森林火灾预防中的应用效果分析1. 火灾风险评估：利用林业可视化技术，可以对森林火灾的潜在风险地区进行评估和划定，为防范火灾提供科学依据。

MATLAB用于林地三维可视化方法的研究_

湖南林业科技 2007年第34卷第2期研究报告收稿日期:2006)11)09修订日期:2007)01)15作者简介:谢绍锋(1977-),男,湖南省沅陵县人,主要从事林业信息工程方面的研究。

MATLAB 用于林地三维可视化方法的研究谢绍锋,张贵(中南林业科技大学,湖南长沙 410004)摘要:介绍了M ATLA B 强大的数值计算功能,重点阐述了M ATLA B 工具箱在林地三维可视化研究中的应用潜力,提出了MAT LAB 建立DE M 的算法、函数的调用方式,通过实例运行,验证了方案的正确性,有助于森林资源信息管理。

关键词:M ATLA B 工具箱;T I N;三维地形;O penGL中图分类号:TP 39 文献标识码:A 文章编号:1003)5710(2007)02)0032)03The forest l and t hree di m e nsional visualizationresearc h by MATLABX I E Shaofeng ,Z HANG G u i(Central South U niversity of Forestry and T echnology ,Changsha 410004,Chi na)Abstrac t :Introduced t he M ATLAB for m i dab le va l ue co m putation f unction ,elaborated w it h e m phasis t he MA TLAB too l box i n forest land three d i m ensi ona l v isi b l e research app licati on po ten ti a,l proposed M ATLA B establi shed DE M the a l gor ith m,the f unc tion i nvoke .T hrough t he exa m ple applica ti on ,it has con fir m ed the p l an accuracy ,and he l pful t o the forest resources i n f o r m ati on m anagement .K ey W ords :MAT LAB too l box ;T I N;t hree di m ens i ona l terra i n ;O penGL M ATLAB 产品家族是由美国M a t h W orks 公司开发的,包含大量高度集成的函数可供调用,命令语句功能十分强大,提供了一种简洁、高效的编程工具,同时提供了大量的工具箱(T oo lbox)。

3DGIS中树的表达与可视化研究

第13卷第10期2001年10月计算机辅助设计与图形学学报JOU RNAL O F COM PU T ER 2A I D ED D ES IGN &COM PU T ER GRA PH I CS V o l .13,N o.10O ct .,20013D G IS 中树的表达与可视化研究孙　敏　马蔼乃　毛善君(北京大学遥感与地理信息系统研究所　北京　100871)摘要　在3D G IS 中,树的表达是一个难点问题.由于树木与一般实体对象不同,具有明显的分形空间特征,因此用常规简单的建模方法很难表达一棵树.在V R 中常用的方法是利用分形算法来生成树木模型,具有逼真的可视效果,但数据量对于G IS 环境来说太大,可视化困难;在3D G IS 中常用的方法是利用树的图像替代树模型,但在近视点效果较差,同时也没有表达出树木所固有的空间特性.文中综合以上两者的优点,将树的分形模型与其图像替代模型结合起来,初步解决了树模型在3D G IS 中的可视化问题,以达到逼真、高速的可视效果.关键词　树模型,可视化,3D G IS中图法分类号　P 208Tree Represen ta tion and V isua l iza tion i n 3D GISSU N M in M A A i 2N ai M AO Shan 2Jun(Institu te of R e m ote S ensing and Geog rap h ical Inf or m ation S y ste m ,P ek ing U niversity ,B eij ing 100871)Abstract R ep resen tati on of tree is a difficu lt p rob lem in 3D G IS .T ree differs from comm onob jects in its obvi ou s fractal character ,being difficu lt to m odeling w ith comm on app roaches.N ow ,fractal is in comm on u se to p roduce vivid effect of tree .B u t the data am oun t is too large fo r its app licati on in G IS ;u sing tree i m age in stead of tree is ano ther app roach in comm on u se ,bu t in the clo se sho t ,tree i m age w ou ld give bad effect ,and the essen tial characters of tree are igno red .In th is p ap er ,w e p u t fo rw ard a new m ethod ,w h ich com b ines the tree fractal m odel w ith i m age m odel u sing LOD techno logy .B y th is app roach ,w e can p reli m inarily realize the h igh 2sp eed visu 2alizati on and vivid effect .Key words tree m odel ,visualizati on ,3D G IS 原稿收到日期:2000211206;修改稿收到日期:2001203226.本课题得到国家自然科学基金(59904001)资助.孙　敏,男,1968年生,博士后研究人员,主要从事三维城市模型及三维图像方面的研究工作,已发表学术论文10多篇.马蔼乃,女,1936年生,教授,博士生导师,主要从事遥感、地图与地理信息系统、地理等学科的研究,已出版专著4部,发表学术论文60多篇.毛善君,男,1964年生,博士,副教授,主要从事地理信息系统及计算机图形学的研究,已发表学术论文20多篇.1　引言近年来,在G IS 领域中对3D G IS ,V R G IS 和3DC M 等相关方向的研究,一直是国际前沿的研究热点.这些研究方向有一个共同的特点,就是需要对现实环境进行逼真的描述和表达,换言之,可视化在这些领域内是一个十分重要的研究内容.树木是地理环境中一种十分重要的地物,在自然景观中起着十分重要的地位,但在现有G IS 中,对植物包括树木的表达一直是一个难点问题.原因在于:首先,植物形体的特殊性使得用分形算法生成的模型(在本文称其为分形模型)需要大量的数据,不仅计算复杂,而且效率低,可视化困难,特别在需要表达大批量的植物时这种问题更加突出;其次,使用图像替代模型(在本文称其为图像模型)往往在近视点效果不够理想,同时这种方式没有表达出植物的真实形体,对G IS 来说,不能满足其表达现实对象准确性的要求.为了在3D G IS中较好地表达树木对象,实现其高速可视化,同时达到逼真的可视效果,本文提出一种矢栅结合的方法(由于该方法结合了分形模型与图像模型,为便于说明将其称为矢栅结合的方法),该方法有以下优点:(1)能较好地表达树木所固有的空间信息;(2)兼顾了分形模型的逼真特点和图像模型的简单特点,具有较好的逼真效果;(3)对每个树模型可按屏幕上投影的象素大小,自动切换其LOD,因而具有较高的可视化速度;(4)可选择性地控制模型转换,使动画过程具有相对平稳的帧速率;2　研究现状由于分形的产生,人们早就对树木模型进行了大量研究,目前最佳的树木模型是用分形算法生成的[1].分形树木模型在V R(V irtual R eality)中运用广泛,添加有树木分形模型的自然场景往往十分逼真,但G IS与V R有着本质的区别.G IS的主要功能特点在于其空间分析与处理,V R中所强调的可视化逼真性是其研究的一个方面.在G IS中树木的表达并不适宜完全用分形模型,主要原因在于分形模型数据量过大.在G IS领域,人们已做过一些有关树模型的研究工作,除分形模型之外,至少有3种方法可以用在G IS中表达树木对象,如彩图1(见本期彩图页iii)所示:(1)实体几何模型.由一些几何要素如圆、球体和一个表达树杆的尖锥组成,如彩图1(a)(见本期彩图页iii)所示;(2)线框模型.由一系列树枝环绕树杆组成,树枝用几何图案表达,树杆同样用一个尖锥表达,如彩图1(b)(见本期彩图页iii)所示;(3)图像模型.即前面提到的图像替代模型,其实质是在一个空间长方形区域通过融合方式粘贴树木图像来表达树木,如彩图1(c)(见本期彩图页iii)所示.Gruen等[2]开发过一种称之为CC2M odeler的三维交互式建模系统,利用该系统建立了一些城市景观模型.在该系统中对树木采用了实体几何模型,即将树冠作为一个三维凸多面体进行处理[2].虽然这种处理方式简单,而且也具有粗略的植物形体,但对于景观而言,真实性较差.在简单的景观规划中,通常也会使用类似的模型.A rc V iew3DX是ESR I公司的一个三维G IS模块,它曾采用过简单的线框模型表达树[3],尽管这种模型在一定程度上表达了树枝的空间分布特征,但总体而言其效果很不理想.目前有很多G IS软件使用了第3种方法,即用图像模型来表达三维环境中的树木(如M icro sta2 ti on,Geom edia,A rc Info,M ap Info,Sup ersoft等).不仅在G IS中,在其它与V R相关的景观处理过程中,人们也用到了图像模型.JoA nna R称其为2.5D 的模型,原因在于它能随观察视点的变化绕垂直于地面的树杆轴旋转,从而在视觉上树木图像的正面总是朝向观察者[4].这种方式简单,且具有较高的观赏性,在处理数字建筑物图片,或用于艺术家作图时,效果比较理想,如彩图2(见本期彩图页iii)所示.由于其实质是在一个空间长方形区域通过融合方式粘贴树木图像,因此这种处理的结果是将具有三维空间复杂特性的树木对象以一个空间长方形替代,树木只有一定的位置,而失去了其它空间特性.分形模型能较好地模拟树木的空间特性与形态,但分形模型需要进行大量的计算与处理,因此对硬件平台要求较高.Jo sep h曾对用三维景观管理森林进行了研究[5],其中,树木分形模型由专门的软件生成,然后将其“种植”到指定的区域上,并按视点的远景对模型的大小做了处理.Jo sep h研究的效果相当逼真,但该项工作与目前V R领域中研究的自然景观模拟基本相似[6](如3D natu re公司的W CS软件),其工作的硬件平台是图形工作站.但由于描绘了大量的景观对象,所生成的景观动画相当慢,数秒钟或更长时间才绘制一帧.为了生成动态效果,需要花很长时间录制计算机所绘制的每帧图像,再使用媒体播放器进行浏览.然而,G IS需要实时动态的交互操作,景观的表达不仅仅限于可视化需求.为了满足G IS的实时性和对景观表达的逼真性,同时考虑到分形可以构造比较完美的树木模型,栅格图像又能以较少的数据和较简单的处理方式得到较好的视觉效果,因此很有必要将这两种方式结合起来.下面对这一问题进行探讨.3　树木的表达2D G IS中反映的树木的空间数据是树木的平面位置,因而2D G IS中单个树木的表达通常使用的是符号(如一个小圆圈),成片树木则使用填充多边形.但在3D G IS中,尽管在几何空间上只增加了一个高度维,但在理论上对树木而言所能表达的信息209计算机辅助设计与图形学学报2001年应该是一个完整的树,包含了树木的平面位置、高度、树冠大小、树的种类特性(如颜色、树枝分布、树叶形状)、季节特性等等;而对于成片的树木,如林地而言,包含其稀疏以及种群分布、空间起伏等信息.为了能在3D G IS 中尽可能多地表达这些信息,同时兼顾可视化的帧速率及逼真性,作者提出如下树木表达方法,也可称为对树木的建模.如图1所示为表达树木各方面信息的方案.对于单个树木,我们现仅讨论其空间位置、高度、树冠大小、空间特性、种类以及季节特性等的表达.树的空间位置可以认为由其根部所在地点的三维坐标(即X ,Y ,Z 三个浮点值)确定;高度指由树根部至树顶部的长度,由一个浮点值H 确定.树冠的大小在计算视线遮挡、讯号传播、噪声处理等相关研究方面十分重要,因而很有必要表达树冠的大小.鉴于树冠本身的复杂性,同时为了简化计算,仅用一个近似的凸多面体加以表达.树的空间特性主要指树木的形状、树枝分布、树叶形态等,线框模型可以表达一定的空间特性,而分形模型则能较好地表达树木的空间特性.但树木的空间特性除了用于可视化表达外,目前还很难用于真正的空间分析,因此线框模型与分形模型仅作为属性加以管理.树木种类除了文字表达(即在属性中可以注记)外,在视觉效果中也需要真实反映.树木的图像是在可视化过程中表达树木种类的最佳选择,分形模型自然也可以表达树木的种类.树木的季节特性主要反映在树叶的色彩及其有无上,不同季节的树木图像可以反映一定的季节特性,但稍详细的季节特性需要许多图像.分形模型可以使用绘制参数实现一定的季节特性,但一方面分形模型数据量过大,另一方面分形模型不易灵活操作,因而季节特性的实现较为困难.线框模型的绘制要比图像模型占较少的显存,但考虑到建立线框模型要花较多的工作量,同时增加了数据量,因此在研究工作中没有考虑线框模型.对于成片的树木,特别是林地,如果使用上述单个树木模型的群体表达,对于G IS 环境来说显然可视化相当困难.同时,成片的树木表达主要用在远视点,因而没必要使用详细的模型.利用分形算法在地形表面进行渲染是一种较好的方式,但难以表达树林的起伏感.在表达地形的D E M 之上的树林所在区域添加一个树木高度值,从而形成一种块覆盖(b lock dropp ing )[4],在其上再粘贴树林纹理,由此可以较好地表达树林.我们认为,最佳方法是利用空载激光扫描仪获取林地的D E M 数据,再叠加相应的航空影像.将上述表达方法写成数据模型,称为矢栅结合的树木模型,用伪代码表达如下:C lass T ree {Spatial D a ta :In t m _H eig h t ,m _w id e ,m _L eng th ;3表达树的空间操作区域,m _H eig h t 同时也表达树高度3F loat m _p osition (x ,y ,z );3表达树的空间位置,以树根部为准3 Cp oly hed ron m _P oly hed ron ; 3表达树冠,凸多面体作为一个类,具有其自身的操作与数据处理函数3 A ttribu te :CB it m ap m _B m pL OD 1,m _B m pL OD 2,m _B m pL OD 3; 3多分辨率树图像3 CB OL B m _T ree _f racta l ; 3分形模型数据3 O ther a ttribu tes … Op era tion :T ransla te _T ree (); 3用于树模型的平移3 R ota te _T ree (); 3用于树模型的旋转3 S ca le _T ree (); 3用于树模型的缩放3 R ead _B m p (in t L od ); 3用于树模型图像数据的读取3 R ead _B L OB (); 3用于树模型分形数据的读取3 O ther op era tion …}为了与LOD 层次相匹配,图像需要存储多个分辨率,包括分形模型均作为树对象的属性值加以管理.由于树的分形模型数据量庞大,宜使用BLOB (大二进制)类型加以管理.为了对树木对象及其属性值进行操作,需添加一些函数(如读取图像以及大二进制模型值,对树木模型进行平移、旋转、缩放等操作).除此之外,还可以有其它重要操作函数.下面着重讨论如何使这样一个模型实现理想的可视效果.30910期孙　敏等:3D G IS 中树的表达与可视化研究4　树木模型的三维可视化4.1　LOD 层次划分从可视效果来看,图像模型在远视点与分形模型所表达的效果基本是一致的,图2中的树木模型可以体现这一点.考虑到数据的精简,不同的视距使用不同分辨率的图像,对眼前近距离则使用真三维分形模型.在我们的研究工作中,采用了如下可视化策略:对于远距离的树林,采用对林区所在的D E M 表面粘贴对应纹理的方法,即此时不具体采用任何树木模型,而是使用地面纹理,如使用航空影像,这种情况作为L OD 1;在远距离、树木起伏感可见的时候,无论是稀疏树木,还是成片的树木,均需要使用最低分辨率的树木图像进行表达,此时为L OD 2;在近距离、树的轮廓明显时,则需要使用较高分辨率图像进行表达,此时为L OD 3;在很近的距离、树枝已经明显时,则需使用最高分辨率图像进行表达,此时为L OD 4;在眼前、树叶已经明显时,则需要使用分形模型进行表达,由于进入到眼前视野的树木一般很少,也即所需绘制的分形模型很少,因此不会造成数据量突然剧增的情况,此时为L OD 5.显然,上面的划分没有一个明显的、绝对的界限,所使用的标准是在尽可能减少数据量的同时,控制LOD 的模型切换在视觉上不会产生明显的抖动.如图2为3个LOD 层次的树木模型效果比较.4.2　算法原理与算法框架图3为三维透视投影原理,由模型描述的三维对象被放在两个裁剪面之间,前裁剪面可以看作计算机屏幕,所有三维模型需要投影到这个面上,LOD 层次的选取由模型投影到这个面上后所占象素的大小决定.如图4所示,e 为观察点,a 为视角,d 为对象在二维平面上的投影,可由象素数表示,D 为观察点到前裁剪面的距离,F 为模型所处的空间位置,l 为其真实高度,b 为模型因观察点变化引起的倾角.则d 的大小可由如下计算求得x =co s b ×l 2,y =sin b ×l 2,d =4D F l co s b(4F 2-l 2sin 2b ).由于b 因观察点视角的变化引起,可以用观察方向与Z 轴的夹角替代.这样通过观察角度、模型高度及其所处空间位置,即可求出其在屏幕上投影的大小d ,由此可以控制LOD 层次的选择.对应于5个LOD 层次,则需确定5个d 值:d 1<d 2<d 3<d 4<d 5.由下列条件判断式控制LOD 的选取:if d <=d 1then u se L OD 5else if d 1<d <=d 2then u se L OD 4else if d 2<d <=d 3then u se L OD 3else if d 3<d <=d 4then u se L OD 2409计算机辅助设计与图形学学报2001年elseif d 4<d <=d 5then u se L OD 1当距离d >d 5时,可以认为对象不可见而不予考虑.三维可视化一般尽可能控制每帧绘制的多边形数目不能太大,对于配置较好的微机来说,可控制每帧绘制的三角形的数目不超过10000个.另外,在增强可视效果的同时,还需控制光照以及纹理数据,对于整个可视化过程,可采用如下算法框架:确定视点所见的三维区域,如图3所示两裁剪面所夹的部分;尽管三维场景范围可能很大,但可视化只绘制观察点所见部分.确定位于视点可见区域内的树木对象.对每棵树按其空间位置,结合视点位置求其投影后象素的大小,然后按前述判断条件确定其绘制的LOD 层次.读入相应LOD 层次的数据进行模型绘制.在LOD 层次切换时,进行帧速率的控制:由于从图像模型绘制切换到分形模型绘制时,会造成数据量突然加大,因此对需要切换LOD 的树木模型的数据量进行控制.例如,可控制使每帧切换到分形模型的树木对象个数,以控制确定每帧所绘的三角形数目不能增加过多,从而使动画连续平稳.5　实验基于上述思想,在我们原有的三维地形飞行系统基础上,添加了一系列树模型,树的图像采用了3种分辨率.树的分形模型由3D S M ax 经过一定的编辑后,使用专用转换工具转入到系统中.系统采用V C 6.0和O p enGL 图形库结合开发,运行于W in 2000平台上,系统的主要硬件配置为:128MRAM ,CPU P III 667M H z ,32M TN T 显卡.为便于处理,仅使用了一个树木分形模型,树木图像由分形模型处理得到.在如彩图3(见本期彩图页iii )所示的实验系统所构造的一个三维场景中,‘种植’了大约6000棵树木,图中最近的4棵树为分形模型,此时动画帧速率为10fp s 左右.由于数据量过大,因此动画不够流畅,但对于当前配置的微机来说,应该说效果已经相当理想了.6　结论在现实环境中,树木构成了自然景观的重要部分.不仅如此,树木在环保、林业以及生态等方面有着重要的意义,因此无论是V GG IS ,3D G IS ,还是3DC M ,对树木的表达应该是必不可少的.但由于树木自然生长的复杂性,其模型的表达是一个难点问题.作者通过查阅相关的中外文献,同时结合大量的实践工作,提出了将树木的图像模型与分形模型相结合的建模与可视化方法,并基于此方案对树木的三维可视化进行了实验研究,结果表明该方法能达到比较理想的效果.但这部分工作还有待作大量的深入研究,进一步的工作,作者将研究基于树木特性及其形体的空间分析、空间查询等内容.参考文献1Q i Dong 2Xu .F ractal and Its P roducti on U sing Computer .Bei 2jing:Science P ress,1994(in Ch inese )(齐东旭.分形及其计算机生成.北京:科学出版社,1994)2Gruen A ,X inhua W .C reati on of a 3D city model of Zurich w ith CC 2modeler .In :Spatial Info rm ati on Science T echno logy and Its A pp licati ons ——R S GPS G IS T heir Integrati on and A pp lica 2ti ons ,W uhan ,1998.249-2593P ilouk M ,Petrovic D ,et al .D evelopm ent of the A rc V iew 3D analyst extensi on .ISPR S ,Part 324W 2,3D R econstructi on and M odeling of Topograph ic O bjects ,Stuttgart ,1997,32:196-2024JoA nna R .D ecisi on suppo rt system s ,environm ental models ,visualisati on system s and G IS .h ttp : bam boo .m luri .sari .ac .uk ～j o litrev 5Jo seph K .U sing 3D landscape visualizati on to si m ulate fo rest m anagem ent i m pacts .h ttp : www .innovativegis .com p rod 2ucts vfo rest63D N ature L td .h ttp : www .3D nature .com treedruld .h tm 50910期孙　敏等:3D G IS 中树的表达与可视化研究。

树木的三维真实感建模方法的开题报告

树木的三维真实感建模方法的开题报告一、选题背景随着计算机技术的不断发展和应用，三维建模技术得到了广泛应用，尤其是在游戏、电影动画、虚拟现实等领域中。

在这些领域中，真实感建模技术是不可或缺的一部分，而树木的三维真实感建模也成为了研究的重点之一。

树木可以看作是自然界中的一种三维结构，其分支、叶片等细节和特征各异，因此对于树木的建模具有一定的挑战性。

要建立一个真实感的树木模型，需要考虑到它的生长规律、树干、分支、叶片等各个方面。

因此，如何快速、准确地建立一个真实感的树木模型，一直是计算机图形学领域中的一个难点问题。

二、研究目标本文的研究目标是探究树木的三维真实感建模方法，具体研究内容如下：1. 分析树木的生长规律和外形特征，确定建模的基本要素；2. 概述当前树木建模的主要方法，探究其优缺点；3. 探究利用L-系统（Lindenmayer system）进行树木建模的方法，并对其进行实验验证；4. 探究利用物理引擎进行树木建模的方法，并对其进行实验验证；5. 提出一种综合利用L-系统和物理引擎进行树木建模的方法，对其进行实验验证并进行评估。

三、研究方法本文主要采用以下研究方法：1. 文献调研分析，了解树木建模的研究现状和发展趋势，总结各种建模方法的实现原理和特点；2. 利用L-系统进行树木建模，通过自定义参数来控制生成树木的规则。

具体而言，我们将利用L-系统的推导规则来生成树木的基本形态，利用各种参数来调节树木的形态和结构，最终生成真实感的树木模型；3. 利用物理引擎进行树木建模，通过模拟树木的生长过程，控制树木的形态和结构。

具体而言，我们将利用物理引擎的物理规律来模拟树木的生长，通过调节参数来控制生长速度和形态，最终生成真实感的树木模型；4. 综合利用L-系统和物理引擎进行树木建模，将L-系统的生成规则和物理引擎的生长规律相结合，以更好地模拟树木的生长过程，并最终生成一些真实感的树木模型。

四、预期结果1. 分析总结当前树木建模的主要方法，探究其优缺点；2. 在L-系统建模中，可以通过调节参数生成不同形态、不同结构的树木，并且可以在不同生长阶段生成不同形态的树木；3. 在物理引擎建模中，可以模拟出树木的生长过程，生成真实感的树木模型；4. 结合L-系统和物理引擎的方法相比单一方法可以生成更加真实感的树木模型，并且可以自定义多种形态和结构的树木。

基于立体视觉的树木图像深度信息提取研究的开题报告

基于立体视觉的树木图像深度信息提取研究的开题报告一、选题背景树木在生态系统中占据着重要的地位，其生长状态与生态环境紧密相关，因此对于树木生长状况的监测与分析具有重要意义。

在过去，常采用的是基于激光雷达数据或者遥感卫星数据进行监测。

但由于这些技术具有昂贵的成本，测量周期慢等特点，因此有必要寻找一种更加经济、快速、准确的监测方法。

本文的研究目的就是基于立体视觉技术进行树木图像深度信息的提取，通过对同一棵树进行两次拍摄并计算深度信息，从而实现对树木生长状态和结构的有效监测。

二、研究内容本文将从以下几方面进行研究：1. 基于立体视觉的树木图像深度信息提取方法研究：首先，需要对树木进行拍摄并获取两张不同角度的图片，然后采用图像匹配算法实现对两张图片的匹配，进而计算出树木各部分的深度信息。

2. 树木图像处理方法研究：针对树木图像具有的噪声、光线等问题，需要对图像进行必要的预处理，如去噪、增强等操作，以尽可能提高深度信息的准确性。

同时，还需要对特定树种的图像特征进行分析和提取，以便更好地进行深度信息的计算。

3. 树木生长状态分析方法研究：通过分析和比较不同时间段的树木深度信息以及树木结构的差异，对树木生长状态进行分析和评估。

同时，还可以通过对不同样地树木的深度信息进行比较，探究不同树种的生长特点和规律。

三、研究意义本研究旨在探索一种更加经济、快速、准确的树木监测方法，有以下几点意义：1. 提高树木监测的效率和准确性，为树木资源管理提供技术支撑。

2. 探索利用立体视觉技术进行树木监测的可行性，为立体视觉技术在其他领域的应用提供参考。

3. 通过对不同树种的生长状态和结构进行分析和比较，为树木科学研究提供参考和支持。

四、研究方法本研究将采用图像处理和计算机视觉等技术，主要方法如下：1. 利用MATLAB编程实现图像匹配算法和深度信息的计算。

2. 利用OpenCV等图像处理工具进行图像预处理，如去噪、增强等操作。

3. 利用树木学专业知识分析和提取树木图像的特征。