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基于体着色的植物构型三维重建和可视化模拟

农业工程学报 2010年第10期26卷 195-200,387页

作者：郭浩戈振扬蒋海波林文如刘静昆明理工大学现代农业工程学院昆明650224 中国科学院成都计算机应用研究所成都610041

对植物进行三维重建通常利用立体视觉原理,由于立体匹配无法自动完成,加大了对植物构型时空变化的研究难度。根据体素颜色赋值法,设计了记录植物空间变化的体素三维重建系统,并利用其重建出植物点云数据,提出了针对植物体素点云数据进... 详细信息

对植物进行三维重建通常利用立体视觉原理,由于立体匹配无法自动完成,加大了对植物构型时空变化的研究难度。根据体素颜色赋值法,设计了记录植物空间变化的体素三维重建系统,并利用其重建出植物点云数据,提出了针对植物体素点云数据进行滤波、分类及提取植物构型信息的算法,基于Open Alea利用植物构型信息,建立植物构型模型并实现可视化模拟。采用阴香(Cinnamomum burmannii)枝条作为样本对该三维重建系统进行验证,结果表明,该系统能够自动重建枝条构型组织茎叶的点云,抽取植物构型信息的算法能快速正确得到枝条拓扑和几何参数,并用得到的参数进行植物构型可视化模拟。该文对植物三维重建提出了一种新的思路,为数字农业中自动重建植物做出了探索性研究。

关键词：三维重建模型可视化模拟体素点云植物构型

支撑裂缝煤粉动态运移沉积可视化模拟试验研究

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煤炭科学技术 2022年第8期50卷 151-158页

作者：李小刚陈浩熊俊雅李宇胡洋刘建升西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津600452 中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业分公司四川成都610051 中国石油长庆油田分公司第三采油厂宁夏银川750006

针对支撑裂缝中煤粉动态运移沉积过程及沉积堵塞后煤粉分布特征不明的问题,应用自主研制的煤粉动态运移沉积可视化模拟装置开展煤粉动态运移沉积模拟试验。基于试验特征图像抽提和图像像素点灰度等级识别,建立关于可视化裂缝平板长度和... 详细信息

针对支撑裂缝中煤粉动态运移沉积过程及沉积堵塞后煤粉分布特征不明的问题,应用自主研制的煤粉动态运移沉积可视化模拟装置开展煤粉动态运移沉积模拟试验。基于试验特征图像抽提和图像像素点灰度等级识别,建立关于可视化裂缝平板长度和高度的灰度矩阵并对特征图像进行二值化处理;在二值化处理图像上划分网格,用每个网格中灰度等级为0的像素点数量(煤粉量)与网格中总像素点的比值R来表征煤粉沉积对支撑裂缝流动通道的影响。对比分析了不同排量、不同排驱时间煤粉在支撑裂缝不同位置处的运移、沉积、堵塞特征。试验结果表明:煤粉运移沉积主要在堆积孔隙相互连通形成的流动通道中进行,由于受重力影响,较多的煤粉沉积在支撑裂缝下缘;煤粉运移进入支撑裂缝后,将经历孔隙表面吸附、架桥堵塞孔隙吼道、滤饼堵塞流动通道3个阶段;煤粉从聚集区往裂缝出口方向运移并沿运移路径不断沉积,若不堵塞流动通道则会达到运移沉积平衡状态;煤粉沉积未造成流动通道堵塞时主要呈现出“指状沉积特征”,造成流动通道堵塞时主要呈现出“块状沉积特征”;随试验排量的增加“指状沉积特征”向“块状沉积特征”蜕化;当煤粉浓度一定且有外来煤粉持续补充时,随着排量的增加煤粉造成流动通道堵塞的几率增加且堵塞的时间提前;在排液量较大的排采初期,需要适当的控制排量减小煤粉沉积堵塞对流动通道的伤害。

关键词：支撑裂缝可视化模拟煤粉运移煤粉沉积煤层增透

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基于GPU的坡面细沟发育过程可视化模拟

系统仿真学报 2017年第3期29卷 516-523页

作者：龙满生井冈山大学电子与信息工程学院江西吉安343009 流域生态与地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室江西吉安343009

为了快速表现降雨条件下坡面水蚀微地貌的动态发育过程,构建了基于元胞自动机的坡面水蚀模型,提出了基于GPU的可视化模拟算法。模型包括降雨、入渗、产流、侵蚀、沉积和输沙等过程,通过对元胞应用简单的水沙交换规则来实现产流产沙的同... 详细信息

为了快速表现降雨条件下坡面水蚀微地貌的动态发育过程,构建了基于元胞自动机的坡面水蚀模型,提出了基于GPU的可视化模拟算法。模型包括降雨、入渗、产流、侵蚀、沉积和输沙等过程,通过对元胞应用简单的水沙交换规则来实现产流产沙的同步演化。利用Perlin噪声来模拟微地貌和降雨等侵蚀因子的空间分异性与随机性,增强了坡面细沟发育的真实性。结果表明,该模型能够有效表现坡面细沟发育过程的分形特征,借助GPU可以大大提高坡面水蚀可视化模拟的实时性。

关键词：坡面侵蚀细沟发育元胞自动机可视化模拟图形处理器

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基于竞争指数的杉木林分生长可视化模拟研究

林业科学研究 2013年第6期26卷 692-697页

作者：张宁张怀清林辉蒋娴中南林业科技大学林业遥感信息工程研究中心湖南长沙410004 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

以我国南方速生丰产林——杉木纯林为研究对象,采用改进过的Hegyi的简单竞争指数模型对杉木纯林间的竞争强度进行定量分析,并建立单木生长模型,再通过径阶模型将其应用于全林分,将单木生长模型研究扩展到全林分生长模型研究。同时,通过... 详细信息

以我国南方速生丰产林——杉木纯林为研究对象,采用改进过的Hegyi的简单竞争指数模型对杉木纯林间的竞争强度进行定量分析,并建立单木生长模型,再通过径阶模型将其应用于全林分,将单木生长模型研究扩展到全林分生长模型研究。同时,通过可视化模拟技术,为更加逼真的恢复和重建林分空间结构提供理论依据。

关键词：竞争指数径阶可视化模拟杉木林

基于WF的杉木人工林交互式疏伐可视化模拟技术

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林业科学研究 2014年第3期27卷 329-334页

作者：李永亮鞠洪波张怀清蒋娴刘海覃阳平中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以杉木人工林为试验对象,测定林木胸径、树高、冠幅等测树因子及林木位置信息。利用WF技术,在定义林分生长模型、林分结构分析与林分疏伐模型等5种活动的基础上,利用人机交互方式,以图形形式建立了林... 详细信息

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以杉木人工林为试验对象,测定林木胸径、树高、冠幅等测树因子及林木位置信息。利用WF技术,在定义林分生长模型、林分结构分析与林分疏伐模型等5种活动的基础上,利用人机交互方式,以图形形式建立了林分生长、林分结构与林分疏伐间交互的可视化工作流模型,实现了林分交互式疏伐可视化模拟。采用GDI+绘图技术与MOGRE渲染引擎技术,实现了林分结构、林分2维状态与林分3维场景的可视化模拟。结果表明:林分生长、林分结构与林分疏伐间的交互关系得到了直观的可视化模拟,此方法面向经营者具有可操作性强的特点。林分疏伐前后的林分结构、2维状态与3维场景得到了形象与逼真的模拟。应用交互式疏伐可视化模拟技术,可实现林分疏伐过程、效果以及林分未来状态的可视化模拟,实现对林分疏伐的实时监管,提高林分疏伐数字化管理水平。

关键词：林分生长林分结构交互式疏伐 WF 可视化模拟

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基于样本库的杉木林分生长动态可视化模拟

林业科学研究 2019年第1期32卷 21-30页

作者：李思佳张怀清李永亮杨廷栋贺建平马载阳沈康中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 湖南省攸县黄丰桥国有林场湖南株洲412307

[目的]通过构建杉木生长样本库,研究一种考虑林分空间结构与生长之间交互过程的生长模拟方法,同时结合三维可视化技术,实现林分生长动态可视化模拟。[方法]以2012—2017年湖南省黄丰桥国有林场6块杉木样地的连续调查数据为数据源,考虑... 详细信息

[目的]通过构建杉木生长样本库,研究一种考虑林分空间结构与生长之间交互过程的生长模拟方法,同时结合三维可视化技术,实现林分生长动态可视化模拟。[方法]以2012—2017年湖南省黄丰桥国有林场6块杉木样地的连续调查数据为数据源,考虑相邻木树冠侧方挤压及上方光照遮盖对中心木生长的影响,研建基于空间结构单元的水平、垂直空间结构参数,在此基础上,选取特征指标构建样本库,以马氏距离作为待模拟林木与样本库的匹配准则,对林木与样本库进行迭代匹配,实现考虑空间结构与生长交互过程的林分生长模拟。同时基于三维模型剖分及动态组织方法,采用节点动画技术对林分生长动态进行可视化表达。[结果]经相关性对比分析,选取年龄、胸径、水平、垂直空间结构参数及胸径连年生长率作为特征指标构建样本库预测胸径生长(包含杉木8 934株,其中死亡97株),采用线性建模预测树高、冠幅、活枝下高生长。通过对样地观测值与生长预测值进行配对样本T检验及线性回归,结果表明:胸径、树高、冠幅、活枝下高的生长预测效果良好,具体顺序为胸径>树高>冠幅>活枝下高,线性回归决定系数R^2分别为0.925、0.556、0.482、0.459。[结论]基于样本库的林分生长动态可视化模拟方法能实现胸径、树高、冠幅、活枝下高4个指标的生长可视化,效果形象直观,能满足林业科研和生产实践要求。

关键词：空间结构参数样本库林分生长交互可视化模拟

基于林分垂直空间结构特征的杉木人工林抚育间伐可视化模拟研究

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林业科学研究 2020年第4期33卷 53-58页

作者：朱欣然吕勇张怀清张江杨廷栋张鸿中南林业科技大学林学院湖南长沙410004 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

[目的]针对抚育间伐目前存在较少利用垂直空间结构参数的问题,以林分三维可视化模拟系统为基础,加入森林结构功能模块,研究一种以林分垂直空间结构参数A_Pvi为依据,对森林经营方案原定的抚育强度进行改进的方法。[方法]利用林分三维场... 详细信息

[目的]针对抚育间伐目前存在较少利用垂直空间结构参数的问题,以林分三维可视化模拟系统为基础,加入森林结构功能模块,研究一种以林分垂直空间结构参数A_Pvi为依据,对森林经营方案原定的抚育强度进行改进的方法。[方法]利用林分三维场景可视化模拟系统中的森林结构功能模块,通过读取杉木样地调查表中的每木数据,在虚拟场景中模拟样地的真实情况,分析样地的各空间结构参数。[结果]经过考虑林分垂直结构的间伐强度间伐后的4块样地与原定间伐强度相比,平均A_Pvi更加趋近于0,样地内林木竞争状况更加均匀,1号样地的平均A_Pvi由0.46降到了-0.24,2号样地由0.46降为0,3号样地由-0.19提升到了-0.04,4号样地由0.40降到了0.04;平均角尺度无大幅度变化,4块样地都呈随机分布状态;4块样地中,除了3号样地外,平均大小比数均出现了较大幅度的减少。[结论]考虑林分垂直结构的间伐强度与原林场森林经营方案既定的间伐强度相比,改善了林分的竞争状况,使林分内的竞争状况趋近均势。林分三维场景可视化模拟系统可以精确模拟采用不同间伐强度进行间伐后的林分拟真场景及其空间结构变化情况。

关键词：间伐空间结构可视化模拟

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参数化林木个体及林分场景可视化模拟技术

林业科学研究 2013年第6期26卷 704-709页

作者：李永亮鞠洪波张怀清蒋娴刘海中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以1块林分边界规整的典型杉木人工同龄纯林为研究对象,测定林木胸径、树高、冠幅、冠高与活枝下高等测树因子及林木位置信息。研究冠形曲线函数,利用Direct 3D技术,实现冠形控制下的参数化林木模拟。... 详细信息

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以1块林分边界规整的典型杉木人工同龄纯林为研究对象,测定林木胸径、树高、冠幅、冠高与活枝下高等测树因子及林木位置信息。研究冠形曲线函数,利用Direct 3D技术,实现冠形控制下的参数化林木模拟。研究林木模型格式转换方法,为林分场景构建提供模型数据,结合MOGRE技术,研究林分场景模拟技术方法,实现林分场景可视化模拟。结果表明:参数化林木个体建模算法简单适用,测树因子信息可直接用于林木个体可视化模拟,所建模型可体现林木个体差异,形态逼真;利用MOGRE技术可快速、有效模拟林分场景,所建场景真实感较强。此方法所需数据易于获取,适用性强,可对林木个体及林分场景进行逼真模拟,可为研究林木竞争关系、林分生长、林分结构与林分经营提供新思路。

关键词：参数化林木林分场景 MOGRE 可视化模拟

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合轴分枝树木可视化模拟系统设计与实现

林业科学研究 2014年第6期27卷 729-733页

作者：白静张怀清刘闽中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

以槐树为例,构建了合轴分枝树木可视化模拟系统。根据可视化模拟的需要,指出了所需的形态结构因子及其与IFS因子的对应关系。以实测形态参数数据为依据,结合Logistic生长模型,基于IFS算法构建了槐树的三维模型。并以Direct X9.0为三维... 详细信息

以槐树为例,构建了合轴分枝树木可视化模拟系统。根据可视化模拟的需要,指出了所需的形态结构因子及其与IFS因子的对应关系。以实测形态参数数据为依据,结合Logistic生长模型,基于IFS算法构建了槐树的三维模型。并以Direct X9.0为三维可视化平台,使用C#语言,采用面向对象设计思想完成了合轴分枝树木可视化模拟系统开发,实现了合轴分枝树木形态参数、生长模型参数设置以及模型输出等系统功能,较好模拟出合轴分枝树木静态与动态的三维可视化模型。

关键词：可视化模拟合轴分枝 IFS算法系统设计与实现