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杉木人工林的三维可视化建模及其生长经营模拟研究

作　者: 郝林倩
导　师: 宁正元；刘健；陈崇成
学　校: 福建农林大学
专　业: 森林经理学
关键词: 杉木 形态结构特征 交互式参数建模 树木生长模拟 虚拟地理环境 森林经营模拟
分类号: S757.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 110次
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内容摘要


杉木是我国最重要的用材林树种之一,而用材林经营管理的实质在于通过人为的控制使之生产出数量多、质量优的木材。这无疑要求对林分的动态过程需有个清楚的了解。采用常规的试验方法研究森林生长规律和经营管理效果,不仅试验的周期长,而且耗费大量的人力、财力。正是由于森林经营的功能多样性、动态性和周期性等特点,通过构建虚拟森林环境来模拟森林的自然生长和经营管理的过程和结果具有重要的科学意义。树木的模拟是计算机图形学在林学可视化领域应用的核心问题,它主要是应用计算机图形学相关理论与研究方法来模拟和可视化表达树木的形态结构及其生长过程。本文根据树木构筑的理论,结合实验区实测数据,提出基于形态结构特征的单树杉木计算机建模方法;并基于面向福建省地域特征的杉木林生长模型和经营管理模型,对在三维虚拟森林环境中模拟杉木林分自然生长和人工经营措施的原理与技术方法进行了探索性尝试。本文主要的研究工作如下:(1)从单棵树木的几何建模与绘制、真实感森林场景绘制、森林生长模型、森林经营管理可视化模拟四个方面对论文相关领域的研究现状进行了较为详细的总结和归纳,并指出了当前研究所存在的不足。(2)根据实测数据和树木构筑的特点,通过拓扑结构的描述方法与几何形态参数的定义重构成具体的植物空间形态,提出了基于形态结构特征的一种交互式、参数化的树木建模的方法。并在此基础上建立了福建省典型树种—杉木的几何模型。(3)研究树木生长模型的可视化表达,分析单株木的生长模型,把模拟的的形态特征参数映射为三维模型的几何参数,构建不同生长阶段的模型,并且根据此模型研究在单株环境下树木的生长模拟;分析树木的林分生长模型,研究真实感森林场景构建的若干技术,并根据此模型研究在森林环境下对树木的生长模拟。(4)提出了基于虚拟森林环境的林分经营模拟方法。以林分抚育间伐和更新造林为例,通过研究林分密度控制等相关理论和技术规范,对虚拟森林场景中模拟林分人工经营活动的方法和??问题进行了探索性尝试。(5)在相关理论算法研究的基础上,设计了一个面向森林经营管理的虚拟森林原型系统—虚拟森林生长和经营模拟系统。系统以林业二类调查数据为数据源,实现二维地图管理、虚拟森林漫游、林分生长模拟、林分经营模拟和林分信息统计等功能。并以福建顺昌县浦上林场为例进行了实例分析与结果检验。

全文目录


中文摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章 前言  11-30
  1.1 立题依据  11-13
  1.2 相关领域的研究现状  13-27
    1.2.1 单棵树木建模与绘制  13-18
    1.2.2 真实感森林场景绘制  18-20
    1.2.3 森林生长模型  20-23
    1.2.4 森林经营管理可视化模拟  23-27
  1.3 研究目标与研究内容  27-28
    1.3.1 研究目标  27
    1.3.2 研究内容  27-28
  1.4 论文的组织形式与章节安排  28-30
第二章 基于树木形态特征的杉木几何建模  30-57
  2.1 树木构筑型理论  30-37
    2.1.1 树木构筑型概述  30-32
    2.1.2 树木形态特征参数  32-35
    2.1.3 典型树种形态及约束规则  35-37
  2.2 树木几何建模与绘制  37-50
    2.2.1 基于形态特征的树木建模  38-43
    2.2.2 绘制技术  43-47
    2.2.3 层次细节模型的建立  47-50
  2.3 三维几何建模工具EasyTree  50-56
    2.3.1 运行界面  52
    2.3.2 功能介绍  52-54
    2.3.3 杉木模型及典型树种几何模型库  54-56
  2.4 本章小结  56-57
第三章 杉木生长模型及生长模拟  57-70
  3.1 树木生长模型与可视化表达  57-58
  3.2 杉木生长模型及模拟  58-68
    3.2.1 单木生长模型及模拟  58-61
    3.2.2 林分生长模型及模拟  61-68
  3.3 本章小结  68-70
第四章 虚拟森林环境中的林分经营管理  70-82
  4.1 抚育间伐经营管理  70-76
    4.1.1 抚育间伐的基本原则  70
    4.1.2 抚育间伐的主要技术措施  70-72
    4.1.3 杉木人工林间伐模型  72-74
    4.1.4 基于虚拟森林环境的抚育间伐模拟方法  74-76
  4.2 更新造林经营管理  76-81
    4.2.1 更新造林的基本原则  76
    4.2.2 更新造林的方案设计  76-78
    4.2.3 虚拟森林环境中的更新造林模拟方法  78-81
  4.3 本章小结  81-82
第五章 虚拟杉木林生长和经营模拟系统的开发  82-98
  5.1 体系结构与模块设计  82-85
    5.1.1 体系结构  82-85
  5.2 系统开发方式和运用的技术  85-88
  5.3 应用实例分析  88-97
    5.3.1 实验区概况  88
    5.3.2 应用实例  88-97
  5.4 本章小结  97-98
第六章 总结与展望  98-100
  6.1 本文总结  98-99
  6.2 研究展望  99-100
参考文献  100-106
致谢  106-107

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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 森林经营学、森林计测学、森林经理学 > 森林经理学 > 森林规划、森林设计
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