大规模森林景观可视化模拟技术研究

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1、分类号S757密级公开UDC学位论文大规模森林景观可视化模拟技术研究TheStudyofVisualSimulationTechniqueforLarge-scaleForestLandscape刘海指导教师姓名鞠洪波研究员申请学位级别博士专业名称森林经理学研究方向计算机应用论文提交日期2015年5月论文答辩日期2015年6月学位授予日期2015年7月答辩委员会主席评阅人北京·中国林业科学研究院独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包

2、含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表７Ｋ谢意。学位论文作者签名＂；Ｊｉｌ＾日期：刮妊ｌ句］月Ｉ日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国林业科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，中国林业科学研究院有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借閱。本人授权中国林业科学研究院可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用

3、影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名；刘海导师签名；＊立口年月日厂＾）夕１Ｉ年７月日学位论文作者毕业联系方式工作单位；联系电话：电子邮件：通讯地址、邮编：DissertationfortheDegreeTheStudyofVisualSimulationTechniqueforLarge-scaleForestLandscapeCandidate:HaiLiuSupervisor:HongboJuAssociateSupervisor:H

4、uaiqingZhangMinLiuAcademicDegreeAppliedfor:DoctorSpeciality:ForestManagementDateofDefence:2015/6Degree-conferring-institution:ChineseAcademyofForestry摘要我国国土辽阔，森林资源种类丰富，森林面积和林木蓄积量均处于世界前列，全国森林资源清查可以获取到我国森林资源的众多数据，但是却无法细致直观的反应出这些资源到底分布在哪，不同区域的资源质量又如何。为此，我们迫切的需要一种能够直观的反映森林资源分布状

5、况的技术方案来解决当前问题。森林景观可视化是近年来兴起的能够直观表现森林结构及资源分布的一种方法。森林景观可视化不仅可以直观的展现出当前森林的结构格局，而且可以展现出病虫害以及经营采伐等干扰因子对森林景观的影响，模拟出森林植被的动态变化，对于进一步开展森林动态变化研究以及森林经营管理都有现实的指导意义。同时，森林景观可视化可以从看似无序的森林景观中发现潜在的规律，为森林景观规划和森林经营管理提供重要依据，有助于森林资源的高效分析和管理。森林景观可视化可以有效的解决上文中提到的诸多问题。但是，当前大规模森林景观的构建存在着以下两个方面的问题。其

6、一，大规模森林景观往往含有百万棵以上的树木以及其他不计其数的场景对象，计算机需要耗费巨大的外存和内存资源去存储这些场景对象数据。其二，大规模森林景观往往含有千万级以上的三角形面片，计算机需要对大规模的可见面片进行实时的渲染及动态的模拟。普通PC机的软硬件条件支持小规模的森林场景的渲染，但是对于百万颗树木以上的大规模森林景观实时渲染则常常出现加载慢、帧率低（10FPS以下），CPU负载过高甚至死机的情况。基于上述原因，本研究提出了基于GPU的大规模森林景观可视化模拟及优化技术，研发了大规模森林景观可视化模拟系统，实现了森林景观的快速构建和交互式

7、可视化模拟，解决了大规模森林景观的实时渲染以及森林景观数据占用内外存资源过多的问题，为森林资源的信息化建设和高效管理提供了一个实用的平台。最后，选取新疆霍城果子沟林区作为实验模拟对象，以森林资源二类调查数据、DEM数据、遥感数据、外业调查数据等作为基础数据源，使用自主研发的模拟平台实现了果子沟林区的森林景观的可视化模拟。总的来说，本研究的主要贡献主要集中在以下几点上：（1）林木实时渲染及优化表达技术I提出了一种基于树木模型拆分并通过网格掩码实现林木个体多样化表达的方法。树木模型是构建森林景观的基本元素，树木模型的结构组成和数据复杂度直接关系到

8、大规模森林景观的实时渲染效率。结合前人的研究，使用改进型的IFS系统对树木结构进行建模、使用简化的单曲线模型对冠形进行建模。通过对林场内树木个体的观察分析，将树木模