基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟

[目的]基于模拟退火算法,研究一种考虑林分结构健康状况和目标平均胸径的多目标森林经营方法,同时结合单木生长方程,基于Unity3D可视化引擎实现林分经营动态可视化模拟。[方法]以湖南省攸县黄丰桥国有林场5块杉木人工纯林2012—2017年样地连年调查数据为数据源,考虑林分分布状况、竞争程度、营养空间,以平均角尺度、平均大小比、林分拥挤度3个结构参数建立空间结构函数。在此基础上,以健康林分结构和平均胸径为经营目标,以竞争指数为参考初步筛选出的间伐木组合排列的结果作为经营方案的集合,通过模拟退火算法进行最优间伐经营方案解的选择。最后,通过建立考虑Hegyi竞争指数的可变生长率的单木生长方程,以结构分析-经营-生长三者不断迭代的方式并基于Unity3D渲染引擎实现林分经营动态可视化模拟。[结果]通过对5号样地(初始林分230株,年龄16 a,平均胸径20.21 cm)以健康林分结构和30 cm林分平均胸径为经营目标进行经营动态可视化模拟,结果表明林分年龄在21、26、31 a分别进行过间伐模拟,当林分年龄31 a间伐后,林分平均胸径达到30.10 cm,林分平均角尺度为0.64,林分拥挤度为0.74,林分结构接近健康水平。[结论]本研究提出的基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟方法能够模拟在多目标经营需求下的林分动态,并且形象直观,可以进一步为林业科研和生产提供支持。     

林分三维模型实时生成方法

针对现有林分可视化方法表现林木多样性不足的问题,以林分调查数据为基础,提出多样性林木三维模型构建方法,实现林分三维模型实时建立,对可视化直观反映林分三维结构状况具有重要意义。提出林木树干三维模拟方法,建立10参数的幂函数冠形控制曲线,形成林木多方向冠形控制模型,基于贝塞尔曲线构建10种形态类型的枝干模型,提出冠形控制下的林木枝干生成算法以及树叶模拟方法,实现了林木多样性三维模型实时构建。以每木调查数据为基础,根据林木形态数据,实时建立了林分三维模型。结果表明:林木冠形多样性模型得到有效构建,林分调查数据可直接为林分三维建模提供数据支持。该方法可实现林木多样性形态与林分特征因子的直观三维模拟。     

基于肢体动作交互的森林经营作业模拟研究

目的 面向森林经营作业类型复杂多样的特点,针对目前经营作业模拟普遍存在的交互性较差,缺乏自然、真实感的交互体验,以及较难以处理频繁作业能力的问题,研建了一套基于肢体动作的森林经营措施作业的交互方法。 方法 构建一个基于沉浸式虚拟现实与可视化模拟系统CAVE2的森林仿真场景为交互对象,选择伐木、整枝和补植等用户侧交互性强的经营措施,分析森林经营措施作业过程中的肢体动作,将仿真场景中的经营工具与使用者的相对距离和角度变化与肢体动作进行映射,构建肢体动作交互模型,实现肢体动作控制经营措施的执行,达到森林经营作业的仿真模拟。 结果 本研究构建的肢体动作交互模型正确地映射到了森林经营措施中,单次作业成功率达到86%,交互评价良好率达到91%。肢体动作与经营工具相结合,便于森林经营模拟交互需求的拓展。 结论 基于肢体动作交互的森林经营作业仿真模拟,形象直观地表现了森林经营措施作业过程,有助于加深使用者对森林经营的理解,提高森林经营辅助决策水平。