检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机工程与设计 2010年第8期31卷 1753-1756页

作者：金小进马尧海南京工业大学电子与信息工程学院江苏南京210009

为了降低虚拟场景中树木等非规则景物的模拟难度,提出了一种基于L系统的树木模拟方法。针对树木真实感不足的问题,提出了4种改进方法。在阐述了L系统的基本思想的基础上,构造了三维树木模型,引入随机性使树木生成各种形态,模拟了风力影... 详细信息

为了降低虚拟场景中树木等非规则景物的模拟难度,提出了一种基于L系统的树木模拟方法。针对树木真实感不足的问题,提出了4种改进方法。在阐述了L系统的基本思想的基础上,构造了三维树木模型,引入随机性使树木生成各种形态,模拟了风力影响下的树木形态,通过LOD技术和阴影效果提高了树木绘制的真实感。实验结果表明,该方法可以有效地模拟具有多种形态的树木,同时使树木的真实感更强。

关键词：真实感 L系统树木模型随机性细节层次风力阴影

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基于三维激光扫描仪数据提取三维绿量的研究现状及前景展望

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安徽农业科学 2010年第24期38卷 13253-13254页

作者：刘红伟邵昌浩北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室中交水规院京华工程监理有限公司

在介绍三维绿量的内涵和主要算法的基础上,概述了三维激光技术,剖析了三维激光在三维绿量提取中的步骤,以期能为相关研究提供参考。

关键词：三维绿量三维激光点云树木模型

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贝塞尔曲线在虚拟森林景观单树几何模型构建中的应用

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地球信息科学 2004年第3期6卷 90-93页

作者：石松於其之陈崇成朱泉锋福州大学福建省空间信息工程研究中心福州350002 浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室杭州310027

虚拟景观模型的生成，需要对实际景观进行抽象和简化。树几何模型和数字高程模型(DEM)是构成虚拟森林景观的两大要素。而树几何模型的构建又是林业 GIS 三维可视化的基础。在树几何建模中，树干及树枝形状的可视化表达具有突出意义。由... 详细信息

虚拟景观模型的生成，需要对实际景观进行抽象和简化。树几何模型和数字高程模型(DEM)是构成虚拟森林景观的两大要素。而树几何模型的构建又是林业 GIS 三维可视化的基础。在树几何建模中，树干及树枝形状的可视化表达具有突出意义。由于实际树种的复杂性，在计算机中建树模型，通常采用基于过程建模的方式，而这将面临用户如何对模型进行交互式控制的问题：参数太少，不足以描述树形态特征，而参数太多，则模型难以生成和理解。为了解决这个问题，我们引进贝塞尔(Bezier)曲线这种基于控制点的自由曲线来描述树木中的树干以及树枝形状，利用对曲线控制点的变动来控制曲线的形状，进而生成形态各异的树形状，对此，我们基于 ActiveX 技术生成 Bezier 曲线控件。结果表明，该方法能够表示多种形状的树干与树枝，具有操作简捷、计算速度快，可视化效果良好的优点。

关键词：虚拟森林景观树木模型贝塞尔曲线林业 GIS

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基于林分生长规律的林分可视化研究

基于林分生长规律的林分可视化研究

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作者：高映雪北京林业大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的日益发展和林业调查技术的变革,以及森林可持续经营的思想对森林资源信息和利用的要求,促使可视化在林业领域中的研究日渐深入。用可视化技术展示林分信息,模拟林分经营管理过程,具有花费小、耗时短、结果直观的优点,... 详细信息

随着计算机技术的日益发展和林业调查技术的变革,以及森林可持续经营的思想对森林资源信息和利用的要求,促使可视化在林业领域中的研究日渐深入。用可视化技术展示林分信息,模拟林分经营管理过程,具有花费小、耗时短、结果直观的优点,并且可以使林业管理者和决策者根据林分的生长状况做出正确的经营措施。让公众更好地参与森林的经营决策和森林规划,从而使森林更好地为人类服务。本项目结合国家林业局948研究项目“森林资源清查分析及经营管理技术研究”的FVS(Forest Vegetation Simulator)软件中SVS(Stand Visualization System)部分中国化实际需求,在研究现有的SVS系统的基础上进行分析、缺少技术文档支持的背景下展开研究,在SVS中树种模型建立原理的基础上,根据国内采集的大量数据信息,结合本国油松、侧柏典型树种特点及FVS模拟的中国化的林分生长数据,结合SVS中的建模技术,建立中国典型树木模板。另外为了更加量化地模拟林分自然生长和经营管理效果,准确地评价经营方案,对林分的相关信息统计模块完善开发。并且针对FVS中国化后的输出数据格式的变化,采用COM、DOM等XML文件解析技术,实现了中国化SVS系统和FVS系统的数据兼容。中国化后的系统对于反映了林分的生长状况和空间结构以及预测林分未来的发展趋势有很好的指导意义。

关键词：林分可视化树木模型统计分析功能 XML文件

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基于地面激光点云数据的树木建模及分析

基于地面激光点云数据的树木建模及分析

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作者：李雅新北京林业大学

学位级别：硕士

地面三维激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanner,简称TLS)可以高速地获取树木的三维空间信息,具有扫描精度高,获取信息丰富的优点,已被广泛的应用于树木形态结构和参数提取的研究。本文主要针对单木点云来进行树木模型的构建和分析,主... 详细信息

地面三维激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanner,简称TLS)可以高速地获取树木的三维空间信息,具有扫描精度高,获取信息丰富的优点,已被广泛的应用于树木形态结构和参数提取的研究。本文主要针对单木点云来进行树木模型的构建和分析,主要分为两个部分:在方案验证部分,提出了基于树木模型的TLS点云仿真方法;在方案实施部分,提出了基于TLS点云和定量结构模型(Quantitative structural model,简称QSM)的杏树材积分析方法。基于树木模型的TLS点云仿真方法主要包括四个部分。首先,设置扫描仪位置和扫描参数(水平和垂直角度间隔)以生成所有激光束;其次,根据树木的大小计算空间边界框,筛选出穿过空间边界框的所有激光束,即可能与树木模型相交的激光束;再次,考虑观察条件,确定面向扫描仪的三角形网格平面;最后,计算激光束和三角形网格的交点生成仿真点云。所用测试模型包括实测树木模型和Speed Tree库模型。实测树木采用RIEGL VZ-400型TLS获取银杏树、山桃树和红梣树的点云数据以构建实际树木模型;同时利用Speed Tree软件生成10个虚拟树木模型。通过试验验证,仿真结果与模型和实测点云较为匹配,该方法具有可行性和较好的仿真精度。基于TLS点云和QSM的杏树材积分析方法主要包括三个部分。首先,分割点云数据,即树木分枝结构的拓扑重构。其次,使用构建表面集的方法逐步形成树木表面;将获得的表面集分割为茎和单独的分枝。最后,利用最小二乘拟合方法将树木表面重建为大小不同的圆柱体的集合,拟合近似树干和树枝。采用RIEGL VZ-400型地面三维激光扫描仪对5棵杏树分别进行六站扫描,带叶子状态和无叶子状态各三站。用QSM方法对杏树带叶子和无叶子状态的融合数据建模。同时,实地测量5棵杏树的分枝直径计算材积,并与QSM建模得到的材积对比。结果表明该方法对树木建模及分析有较好的准确度,但叶子和细枝会影响建模,从而降低材积估计精度。总的来说,本文中TLS的应用效果较好,能够有助于提高树木建模和材积分析的效率和精度。

关键词：地面三维激光扫描仪树木模型点云数据单木

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面向移动终端的三维植物模型简化与重构技术研究

面向移动终端的三维植物模型简化与重构技术研究

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作者：纪磊浙江工业大学

学位级别：硕士

近年来,以智能手机、平板电脑等为典型代表的移动设备得到迅速普及,其使用数量己经超出传统的个人计算机,预计在不久的将来其将获得比传统个人计算机更加广泛的应用空间。面向资源受限的移动设备的各种三维应用场景也在日益增多,如三维... 详细信息

近年来,以智能手机、平板电脑等为典型代表的移动设备得到迅速普及,其使用数量己经超出传统的个人计算机,预计在不久的将来其将获得比传统个人计算机更加广泛的应用空间。面向资源受限的移动设备的各种三维应用场景也在日益增多,如三维游戏、虚拟展示、电影特技、定位服务、动画和广告等。树木不仅在现实生活环境中随处可见,而且是自然界不可缺少的一种植物类型,在一定程度上会对虚拟三维自然场景的沉浸感和逼真度产生重要影响。由于自然界中树木的形态各异、种类繁多、拓扑结构十分复杂,若想构建出视觉效果逼真的三维树木模型,其建模过程非常繁琐且十分耗时。同时,由于当前网络带宽、延时和拥塞等网络因素和移动终端硬件条件等因素的限制,严重影响了三维植物模型在移动终端应用中交互操作的实时性。针对上述问题,本文着重以三维植物模型中的树木模型为研究对象,开展面向移动终端的三维植物模型简化与重构技术研究。本文根据三维树木模型的拓扑结构特点,分别对模型的树枝和树冠部分进行简化,并在简化模型的基础上开展基于骨架个性化编辑的模型构建方法研究,主要工作和成果如下： (1)针对三维树木模型点和面的几何信息数据量大的问题,本文采用保持视觉重要度的总体模型简化策略。在该简化方法中,首先,将整体树木模型分成相互独立的枝干部分和树冠部分,并分别对两部分进行独立简化；然后,为了保留树木模型的视觉感知特性,本文结合模型视觉重要区域对模型采用不同等级的简化策略。这样既有效地简化了树木模型,加快了模型网络传输效率和渲染速度,又保持了树木模型原始视觉感知效果。 (2)枝干是三维树木模型的重要组成部分,同时也是影响模型整体拓扑结构形态的关键因素。因此,本文采用一种结合距离变换和形状分解的三维树木枝干模型简化方法。然后,利用基于圆台、梯形平面和插值的模型重构方法进行树木枝干模型重构。本文采用的方法不仅能够很好地提取原始树木模型的骨架结构,而且模型重构方法能够较好地还原树木的几何形态。因此,该方法能够有效地简化原始树木枝干面片信息,并且能够快速重构树木枝干模型。 (3)为了进一步简化三维树木模型的网格数量,减小模型网络传输时间和渲染时间,本文提出一种基于凸包纹理模板贴图的三维树木树冠模型简化与重构方法。该方法通过树冠的凸包来表示树冠的整体拓扑结构,并在已有的纹理模板库中寻找符合标准的枝叶模板进行填充,然后根据凸包所形成的几何空间重构三维模型的树冠,从而达到对树冠部分的几何信息简化的目的。 (4)为了能够快速且多样化地构建面向移动终端的三维树木模型,本文提出一种支持骨架个性化编辑的树木模型构建方法。其本质是在简化的树木模型骨架结构的基础上,通过人机交互个性化编辑树木模型骨架细节,使其形成具有全新骨架结构的树木模型。利用树木模型重构技术,最终实现三维树木模型的快速构建。通过实验表明,该方法能够快速建模同一品种树木不同表现形态的简化模型。 (5)为了验证本文提出的模型简化和个性化编辑方法的有效性,本文设计和实现了三维树木模型简化和个性化编辑系统。树木模型简化和个性化编辑功能由系统交互层的PC端实现,将原始模型简化和交互式个性化编辑后存储至服务器中。移动终端可以根据需要下载树木模型文件,并在终端上进行渲染和漫游。

关键词：移动终端三维树木简化骨架凸包树木模型个性化编辑

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风力载荷下树木安全性评估

风力载荷下树木安全性评估

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作者：黄笑南京林业大学

学位级别：硕士

随着强风灾害频繁发生,森林作为抵御风灾的天然屏障受到的损伤也越来越多,轻则叶片大面积脱落,林内枝干折损,重则单株林木连根拔起,大面积林分发生倒伏现象,使国民经济遭受损失,因此对于森林在强风力载荷下内部流场分布特征进行研究对... 详细信息

随着强风灾害频繁发生,森林作为抵御风灾的天然屏障受到的损伤也越来越多,轻则叶片大面积脱落,林内枝干折损,重则单株林木连根拔起,大面积林分发生倒伏现象,使国民经济遭受损失,因此对于森林在强风力载荷下内部流场分布特征进行研究对研究者来说是迫在眉睫的事。通过分析风力分布特征获得强风力下林木内部流场运动情况不仅为树木安全性评估供理论依据,也为防风林种植供可靠依据。本文针对树木安全性评估做了以下几点研究:1、以冠形作为研究对象,建立多孔介质树冠模型,假定风力载荷下林分中的流体是一种均匀流体,将流固耦合运动利用欧拉双相流模型转化化为固体相与流体相相互作用,得到流体运动控制方程。接着离散化模型计算区域,通过迭代计算每一个网格中风力参数,得出冠形与树木安全性的联系,并与文献中结果对比,验证结论。通过数值模拟计算与文献验证,圆锥形冠形特征在强风力载荷下冠部前后压差小,林内风速低,且湍流强度低,因此圆锥形林冠林分在强风力下安全性更高。2、首先针对雷达实地扫获得两种树种(PR107,CATAS7-20-59)空间点云数据对树木骨架进行重建,通过叶子归属形成叶团簇,进而获得叶团簇体积,叶面积指数,树冠孔隙度等林木参数。然后建立两种树种的叶团簇林分模型,并以多孔介质模拟树冠中的每一个叶团簇。通过对树木模型加载强风力数值模拟后发现,橡胶树1组成的林段1内动压普遍高于橡胶树2组成的林段2,同时林内的风速变化与湍动能强度变化中林段1也大于林段2,这些都会造成林段1中局部气旋的不稳定性与湍流强度的增加,更会导致橡胶树1(PR107)受到的风灾侵害要大于于橡胶树2(CATAS7-20-59),这与实地树种受灾害情况相吻合。3、以冠部参数-孔隙度作为研究对象,分别建立单株与多株模型,并根据湍流模型标准k-ε模型对所建模型进行数值模拟,通过模拟后的结果发现,树冠孔隙度越大即树冠越稀疏,树冠前后的压差越小,树冠内的风速差也越小,不易产生较大湍流,树的结构也就越稳定。

关键词：风场特征分布林冠参数树木模型数值模拟

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基于激光点云的树木骨架重建和抗风性分析

基于激光点云的树木骨架重建和抗风性分析

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作者：黄智先南京林业大学

学位级别：硕士

近年来,飓风灾害发生频繁,森林作为抵挡灾害的天然屏障,而遭受的破坏越来越多,从大规模的树叶脱落、树枝的折断到树木连根拔起,飓风带来的灾害给国民经济造成了巨大损失,因此定性定量化地探究强风荷载下森林内部流场的分布特征是目前的... 详细信息

近年来,飓风灾害发生频繁,森林作为抵挡灾害的天然屏障,而遭受的破坏越来越多,从大规模的树叶脱落、树枝的折断到树木连根拔起,飓风带来的灾害给国民经济造成了巨大损失,因此定性定量化地探究强风荷载下森林内部流场的分布特征是目前的热点问题。风力下的树木抗风性的研究主要涉及:树木的三维几何建模和对树木模型加载风力场这两个部分。通过分析风力相关参数的分布变化特征,了解树木在飓风下的内部流场的运动,可以为树木的抗风性能提供了理论依据,同时也为森林管理开辟了新的思路。基于以上背景,本文结合计算机建模以及流体力学相关知识实现树木的三维几何建模,并获取和分析了飓风状态下林内的风力相关参数的变化。主要进行了以下研究:1.树木枝干的三维几何模型构建。本文根据陆地激光雷达所采集的点云数据,分别针对樱花树、苹果树和橡胶树进行研究。对原始点云数据进行标靶配准拼接和点云噪声点去除;将处理后的点云数据分层处理,根据最短路径距离进行聚类,寻找每一层的不同聚类中心点;构建聚类中心点的连通性矩阵,采用圆柱体拟合方式实现树木枝干模型重建;根据树木的构成属性,将树木的枝干自动分类为主枝干、一级分枝和二级分枝,最终得到完整的树木枝干模型。实验结果与原始扫描数据在形状和分布上有较好的相似度,保持了原始数据的大部分点云特征,证明了该算法的可行性。2.基于叶团簇的林分参数反演。针对中国海南橡胶树常年收到风力侵害这一问题,以两个不同品种的橡胶树(PR107和CATAS7-20-59)作为研究对象,利用空间分水岭算法,提出将每个主干和一级分枝上的叶子归为一类,即一个叶团簇,提取每个叶团簇的相关林分参数:叶面积指数、叶团簇体积、叶面积密度和孔隙率。构建基于叶团簇的树木模型,建立两个品种的橡胶树林分模型。林分参数反演结果表明:橡胶树1(PR107)的主干与一级分枝夹角大于橡胶树2(CATAS7-20-59),橡胶树1的孔隙率低于橡胶树2。3.研究飓风载荷下森林内的风力相关参数的分布与变化。通过加载风速,从而得到风力相关参数(速度、动压和湍流强度)的演变和分布特征,分析不同品种树木抗风性的差异,寻找造成不同品种橡胶树抗风性差异的原因,根据原因给出了相应的森林种植方案和建议。模拟结果表明:由于橡胶树1具有较大的分枝夹角和低孔隙率,由橡胶树1构成的林段1在速度、动压和湍流强度均高于由橡胶树2构成的林段2,导致林段1易受到风力的侵害,模拟结果与实际观测到的结果一致。

关键词：树木模型流体力学点云建模叶团簇风力灾害

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森林场景实时动态仿真技术的研究与实现

森林场景实时动态仿真技术的研究与实现

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作者：代柱亮北京邮电大学

学位级别：硕士

森林场景是自然系统的重要组成部分,森林场景渲染是当前虚拟现实领域中一个研究热点。森林场景的组成非常复杂,它包括数量众多的树木模型,场景天空环境等。树木模型自身结构也非常复杂,且其受风力后的动态摇曳效果模拟非常复杂,涉及物... 详细信息

森林场景是自然系统的重要组成部分,森林场景渲染是当前虚拟现实领域中一个研究热点。森林场景的组成非常复杂,它包括数量众多的树木模型,场景天空环境等。树木模型自身结构也非常复杂,且其受风力后的动态摇曳效果模拟非常复杂,涉及物理力学系统及空气动力学等方面知识,对其精确并且实时模拟十分困难。本文对树木模型及森林场景渲染做了以下研究工作：首先,采用了几何建模与图像建模相结合的混合式树木建模方法。并对树木内部结构实现分层处理。对树木模型的枝干部分采用几何方法建模以实现树木动态模拟,对叶簇部分采用图像方法建模以降低模型复杂度。并实现了三种不同细节层次模型建模。其次,本文提出了一种基于场景地形的三维空间风场模型的建模方法。该方法根据场景地形和输入风力实时获取场景每个位置上的风力大小和方向。由于采用预先建模方法获取风场数据,故能够极大提高场景效率。再次,本文采用悬臂梁模型模拟树枝动态摇曳效果。使用树木模型内部参数修正模型变形模拟函数,提高了树木变形模拟的真实度。本文树木变形计算在着色器中进行,充分利用GPU的高效计算效率,为整个场景渲染奠定基础。最后,本文实现了大规模的森林场景的实时动态模拟。本文系统基于OSG开发,在系统中加入了场景漫游、人机互动等场景元素。实现了场景河流、天空等特效渲染。本文采用视景体裁剪技术、LOD技术、多线程渲染技术等场景优化技术实现对大型场景的优化渲染。本文实现的森林场景最小帧率在29.96fps,能够满足人们对场景渲染的需求。

关键词：树木模型风场树木动画森林场景实时绘制场景优化

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数字园林景观中树木建模方法研究

数字园林景观中树木建模方法研究

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作者：赵一鸣北京林业大学

学位级别：硕士

数字园林景观中树木作为不可或缺的一环,关系着数字化复原场景的逼真度。具有高度还原度的树木模型不仅本身具有较高的美学价值,还可以让用户在漫游数字化园林场景时具有更佳的沉浸感。而现有的树木模型素材中缺乏中国本土树种且形态特... 详细信息

数字园林景观中树木作为不可或缺的一环,关系着数字化复原场景的逼真度。具有高度还原度的树木模型不仅本身具有较高的美学价值,还可以让用户在漫游数字化园林场景时具有更佳的沉浸感。而现有的树木模型素材中缺乏中国本土树种且形态特征与实际不符,难以直接应用到国内的数字园林场景中,因此亟需通过某种方法对园林树木景观要素完成针对性建模。许多计算机图形学和林学领域的学者针对树木建模方法展开过研究,然而当前研究有的为保证模型精度,需要调整复杂的参数而效率较低;有的注重建模时的交互体验,而忽视了建模结果的准确性。同时,二者所建模型并非基于真实采集的树木数据,建模结果与现实有较大差异。为了解决上述问题,论文提出了一种数字园林景观中的树木建模方法,首先拍摄目标树木的视频图像生成点云数据,然后以点云数据为驱动完成建模,在降低建模难度和使用成本的同时提高模型的仿真还原度。论文的研究内容如下: (1)点云数据骨架提取方法:结合索引列表和排序算法,对逐点插入算法进行了优化,加快了点云数据的Delaunay三角剖分。引入迪杰斯特拉堆优化算法计算三角剖分结果的最小生成树,进一步提高了骨架提取效率。采用均值偏移算法对点云数据进行了集中化处理。根据骨架长度和父子级关系分配权值,并对低权值骨架进行剔除,使用Douglas-Peucker算法对相邻的骨架进行了整合。 (2)树木网格模型拟合方法:引入了一种正交轮廓曲线拟合方式沿骨架线进行广义圆柱体拟合,基于骨架对点云使用KD-Tree进行聚类分割,求解拟合参数。根据异速生长规则对细小分支半径进行了计算,模拟收敛效果。在骨架的叶子结点处生成固定大小的四边形面片表示叶片模型。 (3)树木几何模型重建应用:基于前两项内容设计并实现了树木点云建模系统,使用者可以利用该系统完成从点云数据到树木模型的快速重建。选取三十种中国园林常见树种进行了树木几何模型重建并构建了园林树木景观要素库。以大运河森林公园月岛闻莺场景为数字园林景观重建案例,实现了场景重建与树木景观要素的配置。实验结果表明,论文方法以便捷的视频图像方式采集数据,依据真实数据完成了树木建模。建模结果可辅助数字园林景观重建,研究结果具有可复现性和推广价值。

关键词：数字园林树木模型点云数据三维模型重建

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