木麻黄人工林的三维可视化建模及其生长经营模拟

摘要

木麻黄是我国东南沿海地段不可替代的主要造林树种,其生长迅速,抗风能力强,不怕沙埋,有很强的耐盐碱性,是中国南方滨海防风固沙的优良树种,它对改善沿海地区的生态环境,促进沿海经济发展起着巨大的作用。应用计算机图形学技术与林业专业科学知识构建的虚拟森林环境,可模拟出复杂的森林环境,并可依据单株树与林分的生长规律实现虚拟森林的表达,在空间与时间上不受任何客观因素的制约,为林业科学研究开辟了新的道路。
　　本文在树木构筑理论的基础上,结合试验区的实地拍摄数据与二类调查数据,提出了基于形态结构特征的木麻黄单木建模方法;并基于面向福建省地域特征的木麻黄林生长模型和经营管理模型,探索性地尝试在虚拟森林环境中模拟木麻黄林分自然生长和人工经营措施。本文的研究工作主要有以下几个部分:
　　1.从虚拟森林场景构建、单树模型构建、林分生长模型以及虚拟森林场景中林分经营管理可视化这四个方面阐述了相关领域的研究现状,指出当前研究中存在的不足之处并提出改进方法。
　　2.在树木构筑特点理论与野外实测数据的基础上,通过定义相关几何形态参数和建立拓扑结构,对以往的树木建模方法加以改进,提出一种参数化、交互式基于树木形态结构特征的建模方法。并应用该建模方法建立了福建沿海主要防护林树种木麻黄的几何模型。
　　3.创建单株木生长的数学模型,分析研究树木在虚拟森林场景中的可视化表达方法,通过一定的算法将形态特征参数映射成三维空间模型的几何参数,构建出林木在不同生长阶段下的模型,以此来研究单株木的生长模拟;创建并分析森林的整体林分生长模型,研究大尺度下虚拟森林场景的多种构建技术,并据此来研究在森林环境中各种影响因子下,树木的生长模拟。
　　4.提出了在三维虚拟森林场景中模拟林分经营管理的方法。并以木麻黄林分抚育间伐为例,对虚拟森林环境中模拟人工经营措施的方法进行了探索性的尝试。
　　5.通过对相关理论与算法进行深入研究,开发了一个虚拟森林生长经营模拟系统,该系统用来辅助林业工作者从事森林经营管理工作。系统通过调用数据库中林业二类调查数据、林相图、地形图、遥感影像等数据,可帮助林业工作者在森林经营管理过程中对森林生长、林分蓄积进行预测以及对林分抚育间伐效果的评估等工作。并以福建惠安崇武赤湖林场为例进行了实例分析与结果检验。

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1 前言

1.1研究背景

1.2相关理论技术介绍

1.3研究目的和研究意义

1.4相关领域研究现状与评述

1.5主要研究内容和技术路线图

2 基于木麻黄形态特征的几何建模

2.1树木构筑型理论

2.2树木几何建模与绘制

2.3三维几何建模工具ParaTree

3 木麻黄几何模型与生长模拟

3.1树木生长可视化

3.2木麻黄生长模型及模拟

4 森林经营可视化模拟技术研究

4.1抚育间伐经营管理

4.2抚育间伐结果及评价

5 森林经营可视化模拟系统的开发

5.1系统设计

5.2系统开发方式和运用的技术

5.3应用实例分析

6 结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

参考文献

致谢