基于三维虚拟林相的均匀度理论应用的研究

论文摘要

虚拟林相是应用虚拟现实技术对森林进行的模拟。如何能将虚拟现实和林业经营完美的结合起来一直是林学家和生态学家的梦想。本文利用ERDAS软件，结合图像处理技术和植物形态发生的理论对金沟岭林场的地形和树木进行了虚拟林相的合成，使合成后的虚拟林相产生了较好的视觉效果。并利用ARCVIEW中的AVENUE语言进行二次开发，使得虚拟林相系统具备了更完善的查询功能，利用此系统我们可以对各种资源数据进行查询。虚拟林相包含了林相图的全部信息，它既表达了专业的森林资源信息，又摸拟了自然的景观特点，可以为数字林业提供信息，又能为林业经营提供工具。虚拟林相的的制作可以归纳为如下10个步聚：(1)数字林相图的制作；(2)森林资源数据库标准化处理；(3)等高线获取及高程数据输入；(4)DEM模型的建立；(5)立体地形图的制作；(6)数字林相图着色处理；(7)立体地形图与数字林相图的配准；(8)各树种的外观处理；(9)在虚拟林相中出现的每株树的位置处理；(10)虚拟林相的合成。在第9步的操作中，应用了均匀度理论对格局的描述，对天然林，通过近似独立同分布的均匀分布随机格局摸拟林分格局。因为完全的独立同分布可能会产生距离很近的林木关系，这是与现实不相符的。根据格局的研究结果，天然林分的格局是介于集聚格局和随机格局之间，所以，摸拟时将林木间的最小距离设为10m，摸拟的密度为实际密度1／10，所以相当于现实的1m，经过多次对比计算，这一设置的视觉效果较好。对于人工林则按30年生，150株／hm~2的密度，使用固定株行距的均匀格局来摸拟。不同年龄的人工林再乘以年龄因子。利用均匀度的理论我们可以得到最优化的树木生成位置，可模拟出更接近于自然格局的林木个体。另外我们可以通过均匀度假设来进行各小班格局的再现，使其达到最理想的优化，使得生物多样性达到最大并保持稳定的状态。虚拟林相和均匀度是正处在发展中的前沿理论，它在实际中的应用价值已被人们所认识。他们的结合有望为林业生产、科研和教育领域注入新的活力。基于虚拟林相和均匀度理论的特点，我们相信它在林业领域必将具有巨大的发展空间和广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 与虚拟林相技术相关的各领域发展概况
• 1.2.1 地理信息系统
• 1.2.2 虚拟现实技术
• 1.2.3 三维可视化技术
• 1.3 均匀度理论
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 三维虚拟林相的生成
• 2.1 虚拟林相的构成
• 2.2 三维图象显示
• 2.2.1 矢量数字林相图制作
• 2.2.2 森林资源数据库标准化处理
• 2.2.3 等高线获取及高程数据输入
• 2.2.4 DEM模型的建立
• 2.2.5 立体地形图的制作
• 2.2.6 数字林相图着色处理
• 2.2.7 立体地形图与数字林相图的配准
• 2.2.8 虚拟林相合成
• 2.3 基于导航的虚拟漫游
• 2.4 本章小结
• 3 虚拟林相的二次开发技术
• 3.1 二次开发技术简介
• 3.1.1 实现方式的分析和比较
• 3.1.2 开发工具
• 3.2 基于金沟岭林场的二次开发
• 3.2.1 工程软件模块的定制
• 3.2.2 金沟岭林场二次开发的具体过程
• 3.3 本章小结
• 4 均匀度理论在虚拟林相中的具体应用
• 4.1 均匀度理论在林分优化分布中的应用
• 1/2原则与独占圆理论'>4.1.1 2^1/2原则与独占圆理论
• 4.1.2 择伐去小原则
• 4.2 小班中林分均匀度指标与经典格局指数的对比
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢