光照对数字树木生长影响研究综述

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1、光照对数字树木生长影响研究综述作者：邓擎琼张晓鹏雷相东【摘要】光是影响树木生长的重要环境因子。模拟光对树木生长的影响，可以用于虚拟林业生产及模拟生态环境变化的试验，这对林业和景观的发展研究、对林业、景观和土地等资源的利用和环境建设都有着重要的指导意义。本文首先介绍了理想环境条件下的主要的数字植物生长模型，并在此基础上，引出了考虑光照影响的植物生长模型。这些模型根据模拟现象的不同，可分为两类：第一类模型模拟的是光照对树枝生长方向及树芽存活概率的影响；而第二类是近几年才开展，现在正蓬勃发展的可用于模拟光

2、照对树木光合作用影响的植物生长模型。本文按时间顺序，分别介绍了两类模型中的突出工作和技术成果，并分析了它们的优缺点，最后对这一研究课题的进一步的发展趋势进行了讨论。【关键词】树木；生长模型；光照模拟；虚拟林业Abstract:Lightisakeyenvironmentalfactortothegroentofsimulationoflighteffectontreegroentalchanges,portantfordirectingtheresearchofdevelopmentofforest

3、andlandscape,theuseofnaturalresource,suchasforest,landscapeandland,andportanttoenvironmentalplanningalso.Inthispaper,ajorplantgroodelsthatdonottakeintoaccountenvironmentinfluence,andthen,odels,ulatingthelighteffectonbranchingdirectionandthedeathrateofb

4、uds,andtheotheronthesimulationofphotosynthesis.Theexcellentalgorithmsandtechniquesofbothcategoriesareintroducedeconcludingremarksonthisresearchandfutureodel;lightingsimulation;virtualforestry引言树木在人类生产生活中扮演着重要的角色，人类通过林业实验研究树木在不同外界环境下的不同生长状况，可以为林业管理提供工具，

5、以提高人工林的产量和质量。但是野外林业实验往往需要复杂的设备，并需要很长的时间，此外它还不易控制，容易受别的因素的影响。但如果用计算机来模拟，则可以很好的解决这些问题，并节省很多资源。因此随着计算机技术的发展，利用计算机模拟环境对树木影响的研究工作也在不断进行。并且随着人类生态意识和环境保护意识的提高，以及我国林业发展战略向生态建设转变，这一研究方向的重要性还将不断提升，有着巨大的发展前景。影响树木生长的环境因素很多，包括温度、二氧化碳浓度、水、土壤养分、光照等。鉴于光对植物生长的重要性、计算机对光

6、传播过程进行模拟所取得的成果以及光照信息实地采集的可行性，目前在计算机科学领域，人们主要研究光照对数字树木生长的影响［11～17,20～22］。此外，研究较多的还有数字树木的空间竞争［34］。根据研究所采用的方法，模拟光照对树木生长影响的研究工作可分为两类：第一类采用的方法主要是把数字植物生长模型和光照计算结合起来［11～17］，用光照计算的结果影响植物生长模型中的参数，从而影响植物的生长；而另一类则是在实地测量数据的基础上采用统计学的方法，最终得到一个光照对树木生长影响的经验模型［20～22］。其

7、中第一类方法不要求用户掌握林业方面的专业知识，更不需要进行实地林业实验，并且通过合适的光照模型，它可以得到树冠层中较精确的光照分布情况。但对于这类模型的有效性，目前还缺乏好的检验方法。并且通常这种模型只能模拟光照对一棵或几棵树木生长的影响。而第二类方法得到的经验模型反映的是光照对大片树木的生长影响的一个平均，因此这种模型可以用于研究光照对大片的树木，例如森林的影响。这种方法的优点是可以通过林业试验检验模型的有效性，但它难以模拟单株树木的形态（大部分模型更缺乏树木的位置信息）、不易用于观测林业经营试验

8、的效果，同时，这项研究也需要进行大量的实地林业实验，消耗人力物力资源较多。本文主要介绍第一类方法的发展情况。包括目前主要的植物生长模型，主要的光照对树木生长影响的模拟技术等。1数字植物生长模型到目前，已有较成熟的植物生长模型，并有相应的软件，包括AMAP系列软件，VirtualPlants等。这些模型各有各的特点和用途，例如Reeves于1983年提出的粒子系统［1］主要可用于生成比较宏观的场景，如森林，草丛等，但不适合表现个体植物的拓扑及形态；而有些模型则强调植物生