森林景观的计算机建模与可视化研究进展

从单棵树的建模、森林场景的绘制技术、森林生长模型分类与特点以及典型的虚拟森林景观系统等几个方面,对森林景观生态的计算机建模和图形可视化研究现状与发展趋势进行综述,就该领域的发展趋势和未来需要解决的关键问题进行总结.     

倾斜摄影与激光扫描技术结合的3D森林景观建模

随着数字林业和精准林业建设的推进,利用三维可视化技术辅助森林管理的需求越发突出,然而3D森林景观建模与建筑物建模相比具有冠层起伏频繁、形状不规则、光线条件复杂、纹理重复度高、像对间存在非刚体性变化等特点,直接采用普通建模方法构建的三维模型效果不理想。本研究实践了一种无人机倾斜摄影系统与背包式三维激光扫描系统相结合的森林景观三维场景建模方法,讨论了数据获取原理、点云配准方法及数据处理流程,并在潭柘寺森林景区进行实验,验证方法的有效性。结果表明,两种点云配准的整体误差小于2.37 mm,能够满足森林景观三维场景建模的精度要求。该方法不仅能省去倾斜摄影的外业控制点采集过程,还实现了两种技术的优势互补,降低了森林景观三维建模的成本,提高了建模效率,对森林精准计测及精细化管理具有一定实践意义。     

基于三维虚拟环境的林分结构调整可视化模拟技术

[目的]以真实林分三维场景为模型,结合计算机虚拟现实技术,实现对真实林分结构的调整优化可视化模拟。[方法]以湖南攸县黄丰桥国有林场杉木与鹅掌楸人工混交林为研究对象,采用可视化模拟技术,基于三维虚拟环境建立林分结构调整可视化模拟系统,实现对林分结构的优化调整进行可视化模拟。通过对林分的角尺度、大小比、混交度、开阔比等结构的计算分析,结合公告板显示技术和射线查询算法,在MOGRE构建的林分三维场景中对林分结构调整过程进行可视化模拟。[结果]样地林分结构经过调整后,平均树高由12.8 m变成13.6 m,平均胸径由17.1 cm变成18.6 cm;林分平均角尺度由0.449变为0.481,分布格局由调整前的均匀分布变成随机分布;林分平均大小比由0.511变为0.519,样地内林木生长更具有优势;林分平均混交度由0.093变为0.129,林分结构更加稳定,林分的整体质量也得到了提高。[结论]本研究采用可视化模拟技术和样地调查数据,构建虚拟三维森林环境,在三维场景中,森林经营者不仅能查看样地中每株林木构筑性属性,观察林分样地的整体状态,还能对林分结构进行优化调整,实现在虚拟森林环境中对样地林分结构调整进行可视化模拟。     

杉木人工林抚育间伐可视化模拟技术研究

以湖南省攸县黄丰桥国有林场为试验区、以森林抚育间伐为例、以杉木人工林为主要研究树种,研究森林经营措施的可视化原理和方法,建立了一个面向森林经营管理的虚拟森林原型系统.系统以林业调查数据为数据源,实现虚拟森林漫游、小班属性查询、抚育间伐模拟等功能,为森林资源和森林经营可视化提供了新的平台.     

林分3D可视化经营技术研究——以黄丰桥国有林场为例

为了解决以往二维森林资源信息系统对于现实世界表达的逼真程度低的问题,为用户提供视觉上更真实的感受,让决策者对森林资源信息有更为直观、生动的了解与认识,从而提高森林场景的交互性与实时性,研究开发了可独立运行的林分3D可视化经营系统。研究结果表明,利用可视化编程工具模拟虚拟森林环境的林分经营方法,操作简单,可用性强;,设计的面向森林经营管理的国有林场林分3D可视化系统,可实现森林的漫游,二维数据的查询、统计、造林模拟和森林经营模拟等功能。     

无人机低空遥感在复杂山地森林景区实景三维构建中的应用——以南岭国家森林公园为例

真实三维场景可真实地反映森林景区的地形地貌特征,为森林景区科学管理、生态监测、景观规划及虚拟可视化等提供数据支撑和技术依据。文章以南岭国家森林公园为例,分析了复杂高山地形特征和无人机特性,研究一种利用复合翼无人机对高山景区进行影像采集,建立实景三维模型、表面模型DSM和正射影像图DOM的方法,实现对南岭森林景区75 km~2真实三维场景构建,对场景精度和成果应用进行了分析。结果表明,利用复合翼无人机进行高山景区航拍,既解决了起飞降落问题,又提升了航拍时效性和可靠性;突破传统二维成果的局限性,提供三维模型、DSM和DOM等成果,提升景区可视化管理、森林调查及应用分析等能力。     

基于GPU和场景分页的森林可视化模拟

森林地域分布广阔,森林中植被众多、光影分布复杂。在森林可视化模拟时巨大的场景,场景中大量的模型,复杂的光线和阴影给真实感绘制带来了很大的困难[1]。特别是在基于单木生长模型的森林生长可视化模拟中,由于要对每一棵树的生长进行计算,同时还要渲染三维场景中大量的模型,计算光照阴影等,CPU的计算量很大。一般的森林场景都     

基于GIS的森林火灾扑救指挥辅助决策系统的建立及应用研究

针对山地森林火灾预防难、扑救难、易伤亡的特点,在对森林防火业务进行需求分析的基础上,以GIS为核心,建立森林防火基础地理数据库,综合应用空间信息技术、网络通讯技术、硬件开发技术及林火理论对其进行研发,建立了森林火灾扑救指挥辅助决策系统。系统实现了GPS人员动态跟踪及火情采集、林火热点管理、林火蔓延模拟、灭火扑救辅助决策、森林火灾发展态势发布、三维火环境场景浏览等多个功能。系统以.net技术、SQL Server数据库技术、Skyline三维可视化技术、ArcGIS Engine开发组件为基础,结合GPS芯片、通讯网络及智能手机进行集成开发。系统建立示范以来,在日常林火管理中能及时发现潜在森林火灾、开展计算机辅助决策与处置,实现森林防火计算机信息化,从而提高林火管理水平,取得良好的防灾、减灾效果。     

森林经营可视化模拟研究

森林经营可视化模拟依托可视化技术及森林经营技术,以模拟实地的虚拟森林环境作为实验区,对各项森林经营活动进行模拟研究,以期解决现实中森林经营管理难以解决的问题,是近年来林业科学研究的一个重点方向。简要介绍了森林经营可视化模拟提出的背景与内容;阐述了国内外研究现状,并在此基础上归纳了森林经营可视化模拟研究存在的问题以及发展趋势,并提出值得今后探讨的问题。     

森林景观三维建模技术研究进展

在广泛研究国内外森景观可视化模型发展的基础上,对现有森林景观可视化建模的主要技术方法及最新研究应用成果进行了综述,比较了各类技术方法的优缺点,展望了该领域的发展趋势.     

虚拟森林经营管理系统的设计与实现

由于经营管理水平不高,人工林的质量较低,造林合格率低,最终蓄积量低等问题越来越严重.传统的森林经营方法是通过森林资源调查,对调查数据统计分析得出一些文字、图表或简单的二维表格,再进行参考决策,这种辅助决策的准确性受到了置疑(吴浩等,2005).     

林火扑救虚拟演练系统的若干关键技术探讨

探讨建立林火扑救虚拟演练系统的几个关键技术问题,包括系统总体结构、基于真实数据的大规模林区地形建模与调度技术、基于粒子系统的烟火效果建模与绘制技术和演练管理技术。     

基于联合仿真的林业采育作业模拟系统研究

为解决大型林业装备操作训练复杂的问题,优化驾驶与作业,提高森林资源利用率,本文提出基于分布式系统,对采育作业环境进行视景模拟的虚拟现实作业操作模拟器。系统利用虚拟现实软件Unity3D系统,能够模拟车辆行驶与工作的动力学模型,实时运动仿真包括底盘系统与地面的交互作用,机械臂作业运动以及伐木头作业操作运动,使操作人员能够更快地适应熟悉驾驶和采育作业,减少安全隐患和装备损耗,提高装备作业安全性及效率。     

林火蔓延的计算机模拟与可视化研究进展

林火蔓延是林火行为的主要表现形式。本文对各种林火蔓延的计算机模拟和可视化技术的最新研究状况和发展趋势进行综述。首先,分析林火蔓延相关数学模型的类别和特点、模型发展方向与体系形成。其次,讨论基于元胞自动机的和惠更斯原理的二维林火模拟与显示技术,以及三维虚拟林火环境构建技术。最后,就林火蔓延模拟与管理信息系统的最新发展进行概括。认为林火蔓延模拟与可视化的研究与开发除向高精度与实用化等方向发展外,今后将更注重真实感环境下的多维虚拟森林景观构建、多用户参与的快速决策能力(如协同灭火)以及网络信息服务等方面。     

Virtual forest: design and evaluation of a walk-through system for forest education

Forest education is generally conducted in a real forest to provide learners a direct experience with reality. However, often it is not easy to participate in forest education programs carried out in remote places due to distance, limited time, or economic or physical restrictions. Therefore, we developed a walk-through system for forest education in a virtual forest and evaluated its educational efficacy as well as usability through indoor experiments. The virtual forest was constructed with omnidirectional images taken in a forest using a digital camera with an omnidirectional vision sensor. The results of the postquestionnaire showed that the developed system was highly evaluated by the participants in the experiments in terms of educational efficacy and enjoyment. Also, comparison of results of prequestionnaire and postquestionnaire showed that it had educational value. On the other hand, some technical problems in the developed system were revealed. For example, 45.0% of the participants answered that the walk-through in the virtual forest did not proceed with sufficient smoothness, and encountered unexpected slowdowns and stops. In addition, image quality was not high enough to identify small objects in the virtual forest. Regardless of these problems, we believe that the computer-based forest education was successful because 88.3% of the participants answered that they would like to join a similar program again and 90.0% answered that they would like to visit the real forest that the virtual forest imitated.     

森林生物量与生产力研究综述

森林生态系统在维护全球碳平衡中有着重要作用，其生物量和生产力是研究生态系统碳平衡的基础数据，进一步推动了森林生物量和生产力的研究。阐述了森林生物量和生产力形成的生理生态学基础，不同森林类型的生物产量、区域分布格局，森林经营对生物产量的影响、研究方法和模型等。在多尺度上，采用先进的研究手段，围绕资源环境等热点问题来研究森林生物量和生产力，实现数据共享和网络化是森林生物量和生产力研究的发展趋势。     

Modeling the timber supply impact of introducing weevil-resistant spruce in British Columbia with cellular automata

Assessing the impacts of cumulative, non-lethal damages to forests poses a particular challenge to forest management planning since cumulative merchantable volume losses are not known until the time of harvest. This paper introduces a model that scales stand-level processes to their large-scale implications by combining elements of growth and yield modeling, insect infestation modeling, and large-scale spatial harvest simulation. The model is described and tested using the proposed large-scale introduction of weevil-resistant spruce in British Columbia, Canada as a case study. While spruce weevil damages were found to be significant, only a relatively small percentage of losses can be avoided by planting resistant stock. The model introduced in this paper can serve as an important decision support tool for policy makers and researchers in assessing the large-scale effects of proposed policy and management interventions.