耦合粘虫胁迫的玉米生长可视化模拟

针对难以定量化模拟虫害影响植物形态结构和生理过程的问题,提出将虫害影响耦合至植物功能-结构模型中的可视化模拟方法。根据粘虫啃食叶片的空间分布特征,改进细胞纹理特征点和基函数,适用于描述粘虫啃食路径,采用单叶被啃食率描述被啃食程度,并以三维可视化形式模拟虫害啃食效果;结合粘虫数量、啃食量以及分布规律,估计各单叶被啃食率,根据单叶虫洞可视化方法,定量化表达粘虫对单株玉米形态结构的影响;根据植物形态结构变化,将粘虫胁迫作用于生物量产量、生物量分配等植物生理过程,确定粘虫对植物形态发育的影响。试验结果表明,单叶虫洞可视化方法能较形象、逼真的仿真不同受灾程度下粘虫对叶片形态的影响,并将虫害影响耦合至功能-结构模型中,实现虫害胁迫下植物生长发育的模拟和仿真,为定量描述和理解灾害程度提供新思路。     

龙眼果实几何建模与生长过程模拟研究

通过对虚拟植物植株和器官两级几何建模,提出一种以Bezier曲线为核心、结合三维自由曲线轴和果实外形控制曲线的植物果实建模新技术。根据果实的不同品种,分别确定轴曲线和半径控制曲线,以实现外形各异的果实三维模型。同时,运用消隐处理、光照处理、凹凸纹理映射等多种技术对生成的果实模型进行真实感处理,以提高模型的逼真程度。基于所设计的建模方法,以龙眼果实为例,进行单果建模与仿真,并依据龙眼果实生长发育的生物学特性,结合果园实地考察与观测,对其生长发育过程进行模拟,生成不同生长阶段的虚拟龙眼果实。该果实模型构建方法,模型参数的植物学意义明确、易于理解、便于计算机实现,构建的模型具有可控性好、精确度高、通用性强等优点,适合于多种类果实的几何建模,对于果实三维几何模型的构建和生长过程模拟研究具有一定的借鉴意义,为龙眼果实的生长调控和虚拟果园的经营管理提供一种辅助工具。     

基于点云数据的树木三维重建方法改进

激光点云数据以其详尽、高精度的三维信息,在森林参数估算、精确重建植物形态结构三维模型方面具有特殊优势。为进一步提高三维模型精度,综合集成多种算法,在改进现有PC2Tree软件基础上,基于点云数据进行树木三维重建。首先根据树木局部点云的主方向相似度和局部点云轴向分布密度分离枝干与树叶;其次采取水平集和最小二乘法提取枝干部分的骨架点,通过下采样方法提取冠层部分的特征点;最后根据骨架点和特征点拓扑结构重构树木三维模型。以樟树为例,分析枝叶分割精度,自动分割与手动分割结果相近;以无叶的鸡蛋花树为例,分析重建模型精度,模型主枝长度相对误差范围集中在0~8.0%,半径相对误差范围集中在0~10%;枝条重建过程避免了噪声点的干扰,对噪声点具有一定的不敏感性;重建三维模型与原始点云吻合度高,基本解决了冠层内部枝干遮挡严重带来的三维建模困难的问题;依据模型提取树高、冠幅、胸径、体积等参数,增加了重建模型的应用范围。     

基于单木位置特征的多源树木三维点云配准方法

【目的】针对不同观测平台获得的树木三维点云特征少、重叠率低、配准较难的问题,以不同视角不同平台的森林点云数据为输入,根据单木平面位置分布一致性原则,提出一种适用于多类型数据的无标记森林点云自动配准方法,实现以单木对象为语义特征的点对匹配。【方法】首先从不同类型点云数据中分别提取单木平面位置：对于侧视型点云,基于点云主方向离散度与主方向竖直角度偏差剔除部分非主干点云,采用体素点云剖分的连通分量分割方法识别单木主干,统计单木主干点云体素垂直分布最大值点作为单木平面位置;对于俯视型点云,采用标记分水岭算法分割冠层高度模型,提取单木并识别冠层顶点作为单木平面位置。然后以提取的单木平面位置为特征点,基于Laplace谱图匹配理论获取配准矩阵,完成4自由度点云粗配准。最后,采用主干点云匹配完成侧视与侧视点云的精配准,采用全局点云最近点迭代法与主干点云匹配完成侧视与俯视点云的精配准。【结果】侧视-侧视点云配准精度优于侧视-俯视点云,侧视-侧视点云粗配准平均误差为0.24 m,精配准平均误差为0.08 m;侧视-俯视点云粗配准平均误差为1.07 m,全局点云最近点迭代法平均误差为0.44 m,机载激光...     

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。     

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.     

基于ZigBee无线传感器网络的林区局地环境监测系统

针对林区局地环境监测实时性差、长期监测困难等不足,设计并实现了一种基于ZigBee无线传感器网络的林区局地环境监测系统。系统运用无线网络协议ZigBee搭建无线传感器网络,结合GPRS通讯技术将获取的数据发送至监控中心,实现数据的实时显示、存储、分析与可视化。系统主要由传感节点、路由器、网关与监控中心组成,结构简单实用,节点放置位置灵活,不受地理环境限制,能够较好的监测空气中温湿度、大气压强、光照强度、二氧化碳浓度、土壤含水率等林区关键环境因子。通过太阳能供电系统,采用CC2530和CC2591无线通信模块,并将多传感器集成到传感节点,较好解决了无线传感器网络在林区应用过程中的节点能量不足、通信距离短以及监测参数不全等问题,实现了对林区局地环境的实时监测。试验表明,节点在空旷地方有效通信距离最大可达510.6 m,在树林中有效通信距离最大可达177.5 m;在太阳能与锂电池共同供电下,节点能量能够自给自足;在组网测试中,整个网络收包率为96.7%,能够满足林区环境监测要求。     

虚拟树木形态结构的交互式编辑技术及其实现

为解决传统田间管理中树木剪枝操作不可逆的问题,该研究提出了一种虚拟树木形态结构交互式编辑方法。首先采用参数化方法开展树木形态结构三维建模;然后基于后缓冲区技术提出一种结合树木层级拓扑结构的枝干交互式拾取方法,并利用OpenGL（Open Graphics Library）渲染技术实现整枝删除、枝段修剪、枝干长度或半径调整等交互式编辑功能。最后,以园林绿化树木中常见的特殊冠型为约束模型,快速、直观地模拟树木树冠综合整形过程。该技术不仅扩展了参数化单株植物建模系统的功能,还为树木栽培与养护管理中修型整枝或株型设计提供了一个数字化、可视化、智能化的新手段。