地球信息科学学报 ›› 2015, Vol. 17 ›› Issue (6): 668-674.doi: 10.3724/SP.J.1047.2015.00668
唐丽玉, 王灵霞, 陈崇成, 陈琪
收稿日期:
2014-07-15
修回日期:
2014-11-27
出版日期:
2015-06-10
发布日期:
2015-06-10
作者简介:
作者简介:唐丽玉(1972-),女,博士,副研究员,主要从事地学可视化与虚拟地理环境、虚拟植物方面的研究。E-mail:
基金资助:
TANG Liyu*(), WANG Lingxia, CHEN Chongcheng, CHEN Qi
Received:
2014-07-15
Revised:
2014-11-27
Online:
2015-06-10
Published:
2015-06-10
Contact:
TANG Liyu
E-mail:tangly@fzu.edu.cn
About author:
*The author: SHEN Jingwei, E-mail:
摘要:
虚拟植物是一种潜在、有力的植物分析辅助工具,而单株木生长模拟是森林生态系统模拟的基础。为了动态模拟杉木生长发育过程,提出了参数化单株木三维形态结构建模和与距离无关的单木生长模型的集成方法,其主要过程为:首先,根据杉木的形态结构特征,采用参数化建模方法建立特定生长阶段的三维静态模型;其次,根据生长模型预测不同年龄杉木的树高、胸径、枝下高和分枝轮数,并与树木三维静态模型几何描述参数建立联动;最后,采用参数曲线调整干径和枝径变化、枝条长度、分枝角等形态结构参数,使模型形态随树龄增长而变化。在自主研发的ParaTree系统上,扩展杉木动态生长模拟模块,并以福建省漳平五一林场的二类调查数据为例,动态模拟了杉木的生长过程。模拟结果表明,本方法可直观表达林分中林木个体平均生长状况和大体形态结构特征。树木三维模型描述参数与传统树木统计生长模型结合,有利于重用林业领域淀积大量的生长模型。
唐丽玉, 王灵霞, 陈崇成, 陈琪. 生长模型驱动的单株杉木三维动态模拟[J]. 地球信息科学学报, 2015, 17(6): 668-674.DOI:10.3724/SP.J.1047.2015.00668
TANG Liyu,WANG Lingxia,CHEN Chongcheng,CHEN Qi. Growth Model Driven Individual Tree 3D Dynamic Simulation of Cunninghamia lanceolata[J]. Journal of Geo-information Science, 2015, 17(6): 668-674.DOI:10.3724/SP.J.1047.2015.00668
表1
杉木模拟值与实际值对比"
年龄 | 初始值 | 预测值(15 a生) | 预测值(20 a生) | 实际值(15 a生) | 实际值(20 a生) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
胸径(cm) | 树高(m) | 胸径(cm) | 树高(m) | 胸径(cm) | 树高(m) | 胸径(cm) | 树高(m) | 胸径(cm) | 树高(m) | |||||
4 | 3.1 | 4.5 | 13.9 | 10.6 | 16.6 | 12.0 | 12.9 | 10.7 | 15.7 | 11.5 | ||||
7 | 5.7 | 4.7 | 15.1 | 13.1 | 18.3 | 14.9 | 14.5 | 13.2 | 17.7 | 14.4 | ||||
8 | 6.9 | 4.7 | 15.0 | 13.0 | 18.2 | 14.8 | 14.4 | 13.0 | 17.6 | 14.3 | ||||
10 | 10.1 | 6.8 | 15.2 | 13.2 | 18.3 | 15.0 | 14.7 | 13.4 | 17.7 | 14.7 | ||||
10 | 10.3 | 7.1 | 15.3 | 13.2 | 18.4 | 15.0 | 14.8 | 13.4 | 17.9 | 14.9 | ||||
10 | 12.2 | 8.6 | 17.0 | 15.1 | 19.7 | 16.7 | 16.7 | 14.9 | 19.7 | 16.6 | ||||
10 | 10.6 | 7.8 | 15.5 | 13.3 | 18.5 | 15.0 | 15.5 | 13.2 | 18.2 | 15.0 | ||||
11 | 5.5 | 4.5 | 11.0 | 10.6 | 15.8 | 13.5 | 10.5 | 9.7 | 14.6 | 12.6 | ||||
12 | 8.7 | 6.3 | 12.4 | 11.5 | 16.6 | 14.0 | 11.6 | 10.2 | 15.7 | 13.4 | ||||
12 | 9.8 | 8.1 | 13.2 | 12.0 | 17.1 | 14.3 | 12.7 | 10.9 | 16.3 | 13.7 | ||||
… | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
[1] | Lin H, Chen M, Lu G, et al.Virtual Geographic Environments (VGEs): A new generation of geographic analysis tool[J]. Earth-Science Reviews, 2013,126:74-84. |
[2] | Da Silva D, Han L, Costes E.Light interception efficiency of apple trees: A multiscale computational study based on MappleT[J]. Ecological Modelling, 2014,290(24):45-53. |
[3] | Guo H, Lei X, Cournede P, et al.Characterization of the effects of inter-tree competition on source-sink balance in Chinese pine trees with the GreenLab model[J].Trees,2012,26:1057-1067. |
[4] | Prusinkiewicz P, Lindenmayer A.The algorithmic beauty of plants[M]. NewYork: Springer-Verlag, 1990. |
[5] | de Reffye P, Edelin C, Francon J, et al. Plant models faithful to botanical structure and development[J]. Computer Graphics, 1988,22(4):151-158. |
[6] | Lintermann B, Deussen O.Interactive modeling of plants[J]. IEEE Computer Graphics and Applications,1999,19(1):56-65. |
[7] | 孙静静,唐丽玉,姚林强,等.基于形态结构特征的马尾松几何建模研究[J].林业科学,2007,43(4):71-76. |
[8] | 林定,陈崇成,唐丽玉,等.基于颜色编码的虚拟树木交互式修剪技术及其实现[J].计算机辅助设计与图形学学报,2011,23(11):1799-1807. |
[9] | 袁晓敏,赵春江,温维亮,等.西红柿植株三维形态精确重构研究[J].农业机械学报,2012,43(12):204-210. |
[10] | Longay S, Runions A, Boudon F, et al.TreeSketch: Interactive procedural modeling of trees on a tablet[C]. In: Kara L B, Singh K(eds). Eurographics Symposium on Sketch-based Interfaces and Modeling, Cagliari, 2012:107-120. |
[11] | Quan L, Tan P, Zeng G, et al.Image-based plant modeling[J]. ACM Transactions on Graphics (TOG)- Proceedings of ACM SIGGRAPH, 2006,25(3):599-604. |
[12] | Sonohat G, Sinoquet H, Kulandaivelu V, et al.Three-dimensional reconstruction of partially 3D-digitized peach tree canopies[J]. Tree Physiology, 2006,26:337-351. |
[13] | Tang L, Chen C, Zou J, et al.OntoPlant: An integrated virtual plant software package for different scale application[C]. In: Leung L, Zhou C, Lees B(eds). Proccedding of 2011 IEEE International Conference on Spatial Data Mining and Geographical Knowledge Services (ICSDM2011) in conjunction with Eighth Beijing International Workshop on Geographical Information Science (BJ-IWGIS 2011), IEEE Press, 2011:308-314. |
[14] | 林郁欣,唐丽玉,陈崇成,等.基于组合型L_系统的单树建模工具的设计与实现[J].农业工程学报,2011,27(3):185-190. |
[15] | Pirk S, Niese T, Deussen O, et al.Capturing and animating the morphogenesis of polygonal tree models[J].ACM Transactions on Graphics (TOG),2012,31(6):1-10. |
[16] | 卢康宁,张怀清,刘闽.基于实测数据的杉木构筑型研究[J].林业科学研究,2011,24(1):132-136. |
[17] | 陈刚,唐丽玉,陈崇成,等.基于L_系统的幼龄杉木形态建模[J].福州大学学报:自然科学版,2011,39(3):375-379. |
[18] | 吴谦,张怀清,陈永富,等.杉木形态三维可视化模拟技术研究[J].林业科学研究,2010,23(1):59-64. |
[19] | 卢康宁. 基于生理生态模型的杉木形态结构变化可视化模拟研究[D]. 北京:中国林业科学研究院, 2012. |
[20] | 唐丽玉,林定,黄洪宇,等.基于虚拟植物的幼龄杉木生长模拟[J].地球信息科学学报,2012,14(5):569-575. |
[21] | 姜志林,叶镜中.杉木树冠形态结构的初步研究[J].南京林产工业学院学报,1980(4):46-52. |
[22] | 俞新妥. 杉木栽培学[M].福州:福建科学技术出版社,1997:29-37. |
[23] | 石松,於其之,陈崇成,等.贝塞尔曲线在虚拟森林景观单树几何模型构建中的应用[J].地球信息科学,2004,6(3):90-93. |
[24] | 孟宪宇,张弘.闽北杉木人工林单木模型[J].北京林业大学学报,1996,18(2):1-8. |
[1] | 林珲, 胡明远, 陈旻, 张帆, 游兰, 陈宇婷. 从地理信息系统到虚拟地理环境的认知转变[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(4): 662-672. |
[2] | 马晓辉,周洁萍,龚建华,黄琳,李文航,邹宇玲. 面向室内应急疏散标识的VR眼动感知实验与布局评估[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(8): 1170-1182. |
[3] | 易超, 陈斌, 袁帅, 徐丙立. 虚拟地理环境中基于多模式的多人动作捕捉方法[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(3): 305-314. |
[4] | 刘君妍, 陈雅茜, 高亦远, 李创, 佘江峰. 一种基于屏幕的三维地图线状符号渲染方法[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(8): 1047-1054. |
[5] | 袁帅, 陈斌, 易超, 徐丙立. 虚拟地理环境中沉浸式多人协同交互技术研究及实现[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(8): 1055-1063. |
[6] | 王刚, 任娜, 朱长青, 景旻. 倾斜摄影三维模型数字水印算法[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(6): 738-743. |
[7] | 马载阳, 张怀清, 李永亮, 杨廷栋, 彭文娥, 李思佳. 林木多样性模型及生长模拟[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(10): 1422-1531. |
[8] | 潘文斌, 刘坡, 周洁萍, 龚建华. 基于房屋轮廓与纹理的三维建筑模型分层次聚类研究[J]. 地球信息科学学报, 2016, 18(3): 406-415. |
[9] | 林珲, 游兰. 虚拟地理环境知识工程初探[J]. 地球信息科学学报, 2015, 17(12): 1423-1430. |
[10] | 朱军, 张恒. 虚拟高速铁路环境快速建模服务与案例[J]. 地球信息科学学报, 2013, 15(6): 895-901. |
[11] | 杜云虎, 陈崇成, 唐丽玉, 李界光. 一种单机多屏的时序三维地理场景同步可视化系统[J]. 地球信息科学学报, 2013, 15(2): 200-208. |
[12] | 唐丽玉, 林定, 黄洪宇, 邹杰, 陈崇成, 杜云虎. 基于虚拟植物的幼龄杉木生长模拟[J]. 地球信息科学学报, 2012, 14(5): 569-575. |
[13] | 苏红军, 盛业华, 温永宁, 陈旻. 面向虚拟地理环境的多源异构数据集成方法[J]. 地球信息科学学报, 2009, 11(3): 292-298. |
[14] | 陈芸芝, 陈崇成, 汪小钦, 唐丽玉. 基于遥感的漳平市杉松林地表可燃物负荷量估测[J]. 地球信息科学学报, 2007, 9(6): 103-110,134-135. |
[15] | 杨慧, 温永宁, 闾国年, 韦程. 面向虚拟地理环境的空间信息共享研究[J]. 地球信息科学学报, 2007, 9(4): 74-79. |
|