林分生长三维建模及动态模拟

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本文旨在对林分的三维建模方法进行研究,并实现林分生长的可视化系统,为森林资源的可视化模拟和林区的虚拟规划提供应用软件平台、为森林的生产和经营提供有价值的信息和参考数据。文章主要分为三大部分,即单棵树木建模、地表建模和林分三维建模,最后综合这三部分内容,构建林分的可视化系统。首先,本文介绍了单棵树木建模常用的几种方法,并基于L-系统方法和迭代函数系统(IFS)方法分别进行了实验。针对这些方法的不足,本文提出基于特征参数的单棵树木建模方法,其基本思想是:通过对某一树种的实测数据分析统计,首先按树龄和主要立地因子建立该树种树木的基础三维模型,然后通过对树高、胸径、叶的尺寸、形态和变形,以及枝干数量等特征参数的调整,生成该树龄树木的各种形态的三维模型。该方法对树的枝干和叶的建模算法进行了改进,有效的解决了枝干模拟过程中出现的缺口问题,以及绘制大量树叶导致程序运行效率十分低下的问题,使得构建三维树木模型更快捷、更精准。本文通过对基于空间离散点的地表建模常用方法的分析与实验,针对这些方法在林分地表建模中存在的缺陷,提出基于三次B样条曲线插值算法进行地表三维建模。其基本思想是:根据样地大小,构建一个相应大小且步长为1的网格面,读取样地离散点数据,按照离散点的坐标,将离散点一一映射到网格面上,然后扫描网格面,计算控制点,构建三次B样条曲线方程,根据建立的曲线方程对网格点进行插值,生成林分地表曲面模型,并采用高斯平滑算子对模型进行优化。本文对林分三维模型的构建过程中涉及的林分结构及林分可视化的基本概念与方法进行了阐述与分析,并根据一块样地上的实测林分信息,构建了其三维模型。对树木模型的地表定位,以及林分三维模型的动态浏览和虚拟生长等方法进行了研究、探讨和实现。最后实现了林分的动态浏览和动态生长。最后,本文综合以上单棵树木建模、地表建模和林分建模的研究成果,利用VC#,Direct3D,VC++及MATLAB等软件工具,通过对文章中的方法和算法进行海量实验与分析,构建了林分三维建模与动态模拟可视化系统。
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