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虚拟树木生长建模及可视化研究综述

林业科学 2006年第11期42卷 123-131页

作者：雷相东常敏陆元昌赵天忠中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 北京林业大学信息学院北京100083

虚拟树木,就是应用计算机模拟树木在三维空间中的生长发育状况,近年来已成为植物学、农林业、环境科学和计算机领域的研究热点。生长模型和可视化技术是它的核心内容。虚拟树木生长模型包括形态结构模型、功能模型和结构-功能模型等,其... 详细信息

虚拟树木,就是应用计算机模拟树木在三维空间中的生长发育状况,近年来已成为植物学、农林业、环境科学和计算机领域的研究热点。生长模型和可视化技术是它的核心内容。虚拟树木生长模型包括形态结构模型、功能模型和结构-功能模型等,其中结构-功能模型可以模拟树木与环境间的相互关系,其结果为树木的三维结构,因此它最为接近现实树木的生长,是虚拟树木生长模型的发展方向。树木形态的复杂性与计算时间和空间的矛盾一直是可视化研究中的难点。树木可视化还有不同于其他物体的特性,如多级分枝、枝条的弯曲、自相似、向光性、树木分枝间的光滑与非光滑连接等。树木可视化软件可分为2类:纯图形学软件和基于结构-功能模型的软件,其应用已涉及娱乐、商业、计算机辅助景观设计、教育、科研和林业生产等方面;但在树木构筑型数据的采集和管理、结构-功能模型的建立、树木可视化技术的研究及面向林业生产等方面仍需要大量的工作。

关键词：虚拟树木生长模型可视化

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基于人工智能的虚拟树木生长过程模拟

基于人工智能的虚拟树木生长过程模拟

作者：王珊北京林业大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的发展,虚拟现实技术逐渐广泛地应用于各行各业中。虚拟树木作为虚拟现实技术的一种,在娱乐、商业、教育等行业中作为虚拟场景的应用已经比较普遍。现代林业越来越重视对树木生长过程的研究,虚拟树木具有操作灵活、可视... 详细信息

随着计算机技术的发展,虚拟现实技术逐渐广泛地应用于各行各业中。虚拟树木作为虚拟现实技术的一种,在娱乐、商业、教育等行业中作为虚拟场景的应用已经比较普遍。现代林业越来越重视对树木生长过程的研究,虚拟树木具有操作灵活、可视性好的特点,可以在计算机上进行虚拟实验来检验过去不能直接进行实验验证的假说,或者对虚拟树木实施不同的培育方案,亦可以建立虚拟农场,很好地克服了实际林业生产中存在的研究对象体积大、生理周期长、实验困难、易受环境影响等问题。越来越多的学者和研究人员注意到虚拟树木技术在林业中的应用前景。现阶段虚拟树木的研究主要是对树木的外形比如树干形态、枝叶形态、表面纹理颜色等进行模拟。此状态下的树木模型功能单一,只能用于建立比较逼真的虚拟树木场景,不能动态地表现树木的生长过程。在此基础上将树木的生长生理与形态相结合,建立树木的生理生态虚拟模型成为研究的新方向,包括树木生长过程中树干胸径和高度的变化、分枝情况、树叶生长、环境因素影响下的生长情况等内容,并逐步将各功能模型结合到一起,形成完整的树木生长模型。论文的主要工作有：(1)树木的基本结构采用常用的L-系统模型,在L-系统的基础上引入参数控制,适当添加随机变量,为树木生理过程的添加做准备,从生长的角度模拟树木。(2)树木的生理是复杂的过程,必须用数学的方式表达出来才能将其结合到树木形态模型中。论文中总结了树木在光照和水分影响下树木生长的数学模型,为树木生长模型的建立打下基础。(3)论文中对树木生长过程中树高生物量的变化过程进行模拟。由于树木生长周期长,并且生长过程容易受环境等外部因素影响,生长量数据的采集具有一定难度。针对这一问题,论文中采用支持向量回归结合遗传算法的方法对有限的生长量数据进行数学建模,避免了通常使用非线性回归方法中由于方程选择和回归精度造成的误差。(4)采用Visual C++与OpenGL相结合,模拟树木的生长过程,并建立仿真平台。实验表明,论文中采用的方法是可行的,能较真实地模拟树木生长量的变化过程,并且具有一定的使用价值,为今后虚拟树木的研究打下基础。

关键词：虚拟树木 L-系统生长方程支持向量机遗传算法

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受环境影响的虚拟树木生长预测与仿真

软件工程 2017年第1期20卷 33-36页

作者：宋全记四川建筑职业技术学院信息工程系四川德阳618000

虚拟树木建模并对其生长过程进行模拟是个难题。本文提出一种不需要设定特殊规则,而且不需要迭代运算的基于树型结构的建模方式,并通过循环神经网络RNN(Recurrent Neural Network)生成仿真序列。由于循环神经网络处理长时间依赖效果并... 详细信息

虚拟树木建模并对其生长过程进行模拟是个难题。本文提出一种不需要设定特殊规则,而且不需要迭代运算的基于树型结构的建模方式,并通过循环神经网络RNN(Recurrent Neural Network)生成仿真序列。由于循环神经网络处理长时间依赖效果并不理想,本文采用GRU(Gated Recurrent Unit)单元模型来弥补循环神经网络的不足。实验表明,本文提出的方法可以模拟树木受到外界环境影响后的生长过程,并且对于复杂模型能通过并行处理进一步提高仿真速度,达到了预期效果。

关键词：虚拟树木 L-系统循环神经网络

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一种基于环境变化的树木动态生长仿真模型

计算机仿真 2010年第9期27卷 278-280,290页

作者：刘东平张文俊田超蔡方方上海大学影视艺术技术学院上海200072

研究虚拟植物生长的仿真应用较广。针对数字娱乐领域中用于虚拟场景的植物形态-功能仿真的有限需求,为了提高真实性,提出了一种通用的基于环境变化的虚拟树木动态生长的仿真模型,来仿真各种树木的生长过程。采用L系统描述树木的拓扑结构... 详细信息

研究虚拟植物生长的仿真应用较广。针对数字娱乐领域中用于虚拟场景的植物形态-功能仿真的有限需求,为了提高真实性,提出了一种通用的基于环境变化的虚拟树木动态生长的仿真模型,来仿真各种树木的生长过程。采用L系统描述树木的拓扑结构,结合植物学相关知识,引入了环境因素对树木生长的影响,将树木的生物学特性进行抽象与加权处理,建立了树木生长与光照信息交换的简洁算法。仿真实验结果表明,该模型能较好地反映了环境因素变化对植物生长的影响,较真实地仿真再现了树木的动态生长过程。

关键词：系统虚拟树木环境因素动态生长

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树木冠层与根系统一建模研究

计算机与数字工程 2007年第10期35卷 44-45,65页

作者：吕游杨克俭武汉理工大学计算机科学与技术学院武汉430063

介绍虚拟树木及其研究意义。并分别对植物的冠层和根系建模展开了讨论。最后提出将植物作为一个整体进行建模的思想。

关键词： L-系统植物建模虚拟树木计算机仿真

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基于WEB的三维林木场景可视化技术研究

基于WEB的三维林木场景可视化技术研究

作者：张倩倩北京林业大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实技术、网络技术、计算机图形学等学科技术的迅猛发展,单机运行的三维可视化系统已经不再满足人们的需求,基于网络的三维可视化系统已经成为虚拟现实和虚拟景观中一个新的研究热点。论文提出的基于WEB的三维林木场景可以实... 详细信息

随着虚拟现实技术、网络技术、计算机图形学等学科技术的迅猛发展,单机运行的三维可视化系统已经不再满足人们的需求,基于网络的三维可视化系统已经成为虚拟现实和虚拟景观中一个新的研究热点。论文提出的基于WEB的三维林木场景可以实现三维林木场景网络漫游和林业资源的网络共享,用户可以在WEB环境下浏览虚拟林业景观实现全方位多角度林业资源信息的交互。论文对目前三维地形、虚拟植物的建模和绘制方法进行了对比分析研究,重点讨论了森林植被景观中基于DEM数字高程模型的三维地形的建模和绘制方法、三维地形LOD的实时优化以及WEB环境下林木的三维建模和渲染方法,并对不同方法的优缺点进行了对比分析。针对网络环境下林木场景的特点提出了一种基于Java3D平台的林木场景实时建模和渲染方法。论文主要工作包括:研究了基于WEB的三维地形建模和纹理映射方法,提出了基于Java3D的三维地形LOD实时绘制方法;针对林木建模提出了基于Java3D的3DS数据文件解析方法,实现了Java3D场景图中树木三维建模;在虚拟树木的绘制方式上实现了基于几何和图像混合树木绘制方法,最终达到良好的视觉效果。为了实现WEB环境下林木场景的交互,讨论了Java3D平台下三维林木场景碰撞检测处理方法。

关键词：三维地形可视化虚拟树木实时渲染 Java3D LOD

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中国网络植树节

森林与人类 2014年第5期34卷 167-167页

作者：王苒刘斯文

轻点鼠标，就可以在网上用10元捐植1棵虚拟树木，而所有虚拟树木都将以实体的形式被栽培在中国植被匮乏地区。由中国绿化基金会、联合国环境规划署、东南卫视等共同发起主办的“中国网络植树节”公益活动，邀请社会公众参与网络植树，... 详细信息

轻点鼠标，就可以在网上用10元捐植1棵虚拟树木，而所有虚拟树木都将以实体的形式被栽培在中国植被匮乏地区。由中国绿化基金会、联合国环境规划署、东南卫视等共同发起主办的“中国网络植树节”公益活动，邀请社会公众参与网络植树，邀请企事业单位、机构、组织参与冠名主题林设立。

关键词：植树节中国网络联合国环境规划署虚拟树木绿化基金会企事业单位公益活动