全 文 ：第 wv卷 第 ts期
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林 业 科 学
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虚拟森林经营管理系统的设计与实现
舒娱琴
k华南师范大学地理科学学院 广州 xtsyvtl
关键词 } 森林经营管理 ~虚拟森林 ~系统设计
中图分类号 }×°vsu1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlts p stv{ p sz
收稿日期 }ussy p sw p t| ∀
∆εσιγν ανδ Ιµ πλεµεντατιον οφ ςιρτυαλ Φορεστ Μαναγεµεντ Σψστεµ
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k Σχηοολοφ ΓεογραπηιχαλΣχιενχε o Σουτη Χηινα Νορµαλ Υνιϖερσιτψ Γυανγζηου xtsyvtl
Αβστραχτ} ׫¨ §¨¶¬ª± ¤±§¬°³¯ °¨¨ ±·¤·¬²± ²© √¬µ·∏¤¯ ©²µ¨¶·°¤±¤ª¨ °¨ ±·¶¼¶·¨° º¤¶©¬±¬¶«¨§©µ²° ·«¨ ¤¶³¨¦·¶²© ¶¼¶·¨°
©∏±¦·¬²±¶o¶¼¶·¨° ¶·µ∏¦·∏µ¨ o¬°³¯ °¨¨ ±·¬±ª·¨¦«±¬´∏¨ ¤±§ ·¨¦q˜¶¬±ª·«µ¨ 2¨·¬¨µ¦¯¬¨±·Π¶¨µ√¨ µ¶·µ∏¦·∏µ¨ o·«¨ ¶¼¶·¨° ³²¶¶¨¶¶¨¶±²·
²±¯¼ °¤±¤ª¨ °¨ ±·©∏±¦·¬²±¶²©©²µ¨¶·µ¨¶²∏µ¦¨ ¬±√¨ ±·²µ¼ §¤·¤ ¤±§©²µ¨¶·°¤³o ¥∏·¤¯¶² §¨¦¬¶¬²± ¶∏³³²µ·©∏±¦·¬²±¶¥¤¶¨§ ²±
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Κεψ ωορδσ} ©²µ¨¶·°¤±¤ª¨ °¨ ±·~√¬µ·∏¤¯ ©²µ¨¶·~¶¼¶·¨° §¨¶¬ª±
由于经营管理水平不高 o人工林的质量较低 o造林合格率低 o最终蓄积量低等问题越来越严重 ∀传统的
森林经营方法是通过森林资源调查 o对调查数据统计分析得出一些文字 !图表或简单的二维表格 o再进行参
考决策 o这种辅助决策的准确性受到了置疑k吴浩等 oussxl ∀此外 o随着森林经营集约程度的不断提高 o希望
准确监测和预测森林资源的动态变化k˜∏¶¬·¤¯² ετ αλqousstl ∀森林经营管理迫切需要引入能够对林业信息
进行准确 !可靠 !生动地描述 !表现和分析的技术 o对森林进行模拟是林学家和生态学家的梦想k郝小琴 o
usst ~罗传文 oussv ~ ⁄¨ ∏¶¶¨± ετ αλqot||{ ~ussu ~®¤µ­¤¯¤¬±¨ ± ετ αλqoussu ~˜∏¶¬·¤¯² ετ αλqousstl ∀
因此 o基于虚拟地理环境技术 !数据库 !地理信息系统等国内外前沿信息技术 o采用三层 ≤Π≥体系结构 o
选择 ∂ ≤ q‘∞× 和 „µ¦’¥­¨¦·¶!’³¨ ±Š为开发环境 o建立基于多维可视化分析 !虚拟环境的平台 o具备森林资源
管理和经营管理功能的虚拟森林经营管理系统k√¬µ·∏¤¯ ©²µ¨¶·°¤±¤ª¨ °¨ ±·¶¼¶·¨° o∂ƒ≥l o将为林业建设提供一
个功能丰富且形象化的信息处理环境和支撑工具 o为林业的经营管理者和专家提供全新的林业决策平台 ∀
1 系统的分析与设计
t1t 系统功能 见图 t ∀
tl 资源调查数据管理 森林资源管理的研究单元可以分为林场 !林班 !小班 ∀通常以林场为经营单位 o
以林班 !小班为具体操作单位 ∀属性表结构的定义 ~小班的属性数据的增加 !删除 !修改 !查询 ~林班的属性
数据的增加 !删除 !修改 !查询 ∀基于现有的林场 !林班 !小班的用途和现状分布 o圈定图斑范围并赋予一定的
属性 ∀对属性数据进行统计分析与统计报告 o同时还可以通过 ŠŒ≥打印输出 ∀
ul 图层管理和图层显示 通过数据库的连接 o在地图中加载或卸载矢量图层 !栅格图层 o通过放大 !缩
小 !平移 !鹰眼图等功能来反映试验区域森林的分布情况及其与森林密切相关的如道路 !水系等要素的分布
情况 ∀通过单一 !分类 !分级 !点密度 !统计等符号的设置 o分析立地条件 !林分 !树种 !龄级 !林种 !蓄积等因子
的空间分布 ~还可以图形输出 ∀
vl 图层编辑 提供一系列专用的图层编辑工具 o包括 }画点 !线 !面图形要素 ~图形要素节点的添加 !坐
标输入 !坐标值编辑 !删除 !移动 ~图形的移动和缩放 ~此外可以进行图形要素的合并 !分割 !旋转 !拓扑生成
等特殊编辑功能 ∀以此生成林业区划图 !造林规划图 !调查样地分布图 !土地利用图等 ∀
wl 空间查询和空间分析 实现按相交 !包含 !被包含 !共享边线 !共享公共顶点 !边界相交等空间位置的
查询和 ≥±查询 ~通过组合查询完成图形查属性 !属性查图形 !图形查图形的功能 ~空间数据与属性数据的
有机联结实现了双向查询 ~提供缓冲 !叠加 !裁剪 !合并等分析功能完成树龄分布 !优势树种分布 !材积分布 !
地类分布 !林分结构分布 !多样性 !适地适树分析等空间分析 ~并实现二维图形与属性数据 !三维森林环境实
时漫游的切换与互动 ∀
xl 虚拟森林决策 虚拟森林经营管理是以生态 !经济需求为导向 o采取不同经营方案后 o预测森林生长
的状况 o多方比较各经营方案的可视化效果 o实现与二维图形 !属性数据的切换与互动 o从而促进森林经营优
化决策 ∀
图 t 虚拟森林经营管理系统的系统功能图
ƒ¬ªqt ׫¨ ¶¼¶·¨° ©∏±¦·¬²±¶²© ∂ƒ≥
图 u ∂ƒ≥体系结构图
ƒ¬ªqu ׫¨ ¶¼¶·¨° ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²© ∂ƒ≥
本系统提供抚育间伐 !更新造林 !景观规划 v种森林经营措施 ∀抚育间
伐是根据林分发育 !自然稀疏规律及森林培育目的 o适时伐除部分林木 !调整
树种组成和密度 !改善环境条件 !促进保留木生长的一种营林措施 ∀系统提
供了间伐对象 !间伐起始和终止时间或时间间隔 !间伐强度等参数的设置 o分
析不同间伐方式对林分生长的影响 o进行定制抚育间伐具体措施 ∀更新造林
是森林采伐后及时更新 !达到森林伐植平衡的营林措施 ∀系统提供了更新方
式 !造林树种 !初植密度等参数的设置 o以林木竞争规律和自然稀疏规律为模
型基础 o进行森林生长的预测模拟 ~景观规划旨在保护生物多样性 !确定伐
区配置与改善水质等需求 o并考虑管理活动的优先权确定和空间时间背景与
社会背景 o是宏观营林措施 ∀系统提供了伐区配置的确定 !树种的更替 !生物
多样性的分析等功能 o对景观规划提供辅助决策的作用 ∀虚拟森林决策就是
从三维可视化角度 o选择最优化的营林设计方案的平台 ∀
t1u 体系结构 本系统拟运行在林业管理部门内部局域网上 o且要存储大
容量的数据和完成复杂的实时业务处理 o则采用三层架构的 ≤Π≥模式 o如图
u所示 ∀
客户端实现人机交互 o并完成一些简单的二维林业 ŠŒ≥业务处理 o如数
据库连接 !数据管理 !图层显示 !查询与分析等 ∀
服务器端使用了一个应用服务器 o响应客户端的用户请求 o执行任务并
从数据服务层提取数据 o然后将必要的数据传送给客户端 o从而实现用户界面层与数据服务器之间的交互 ∀
该应用服务器包含了三维地形的生成 !动态树模型的生成 !场景的绘制等复杂运算的组件 ∀
|vt 第 ts期 舒娱琴 }虚拟森林经营管理系统的设计与实现
此外 o服务器端还采用了一个专门的数据库服务器 o用 ≥±≥¨ µ√¨ µ关系数据库存放林业遥感数据 !林相
图 !森林资源调查数据 !地形数据 !树木形态测量数据 !树木纹理库 !三维几何树模型库等数据 ~全球最大 ŠŒ≥
厂商 ∞≥•Œ推出的空间数据库引擎 „µ¦≥⁄∞是一种处于 ŠŒ≥应用程序和数据库管理系统之间的开放且基于标
准的中间件技术k张书亮等 ousstl ∀客户端和服务器之间的通讯是通过 ×≤°ΠŒ°网络协议进行的 o≥⁄∞管理空
间数据并为访问这些数据的软件提供接口 o实现数据源互操作处理 ~服务器在本地执行所有的空间搜索和
数据提取工作 o它将仅满足搜索条件的数据在服务器端缓冲存放并发回到客户端 ∀
t1v 开发平台 tl 操作系统 服务器端和客户端都选用 ¬¦µ²¶²©·•¬±§²º¶÷°系统 ∀ul ŠŒ≥软件平台 组
件技术 !空间关系数据库技术是利用 ≤Π≥模式在局域网上开发虚拟森林经营管理系统的关键技术 ∀在 ∂ƒ≥
中 o选用 ∞≥•Œ公司的组件 ŠŒ≥平台软件 „µ¦’¥­¨¦·¶实现数据的连接与通信 !空间分析 !空间查询 !统计 !图形
编辑功能等 ~另外 o同时采用 ∞≥•Œ公司的空间数据库引擎 „• ≤≥⁄∞ |1s对空间数据进行访问和存贮 ∀vl 数
据库软件平台 数据库软件平台选用 ¬¦µ²¶²©·≥±≥¨ µ√¨ µusss ∀wl 开发环境 ∂ ≤ q‘∞× 是微软新一代的
∂¬¶∏¤¯ ≤ n n o不仅提供许多专业级功能 o而且不管所用的是哪种操作系统 !设备 o都允许应用程序通过
Œ±·¨µ±¨ ·进行通信和数据共享 ∀鉴于本系统未来的协同式森林经营管理决策功能的升级 o开发环境拟采用
∂ ≤ q‘∞× ∀由于开放性图形库 ’³¨ ±Š在三维真实感图形制作中所具有的跨平台可移植性 !高质量的图形效
果以及在交互式三维图形建模与编程方面具有的优越性 o本系统采用 ’³¨ ±Š来实现虚拟森林可视化的功
能 ∀
2 主要实现技术
本系统需要实现的功能有资源调查数据管理 !图层管理和图层显示 !图层编辑 !空间查询和空间分析 !虚
拟森林决策 ∀其中对空间数据库访问技术 !图层编辑 !虚拟森林场景的构建是该系统实现的关键技术 ∀
u1t 数据库访问 在数据库服务器端安装 „µ¦≥⁄∞©²µ≥±≥¨ µ√¨ µo就可以通过数据库引擎 ≥⁄∞完成数据库的
访问 ∀数据库访问是要建立客户端与数据库服务器的连接 ∀因此 o连接时要提供服务器名称 !数据库名称 !
用户名和口令等参数 ∀ „µ¦’¥­¨¦·¶提供了强大的空间数据库管理组件库 ¶¨µ¬Š¨ ²⁄¤·¤¥¤¶¨ ∀数据库访问的具体
实现是主要使用了 „µ¦’¥­¨¦·¶的 Œº²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼ !Œº²µ®¶³¤¦¨ 和 Œ°µ²³¨µ·¼≥¨ ·v个接口 ∀Œ• ²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼用于
生成 Œ• ²µ®¶³¤¦¨ 接口 o通过事先指定的连接属性连接一个工作区 oŒº²µ®¶³¤¦¨ 是一个存放空间数据和非空间
数据的容器 o而 Œ°µ²³¨µ·¼≥¨ ·用于设置数据库的连接属性 ∀整个实现过程包括设置数据库连接属性 !创建数据
库连接 u个步骤 ∀程序中自定义了一个 ≥⁄∞≤²±±¨ ¦·函数完成数据库的连接 o函数返回一个 Œ• ²µ®¶³¤¦¨ 接口
指针 ∀其连接的属性 ¶¨µ√¨ µ是数据库服务器的机器名称 o¬±¶·¤±¦¨ 是安装 ≥⁄∞的实例名称 o∏¶¨µ是登录的用户
名称 o³¤¶¶º§是用户密码 o§¤·¤¥¤¶¨ 是数据库名称 ∀通过设置以上属性 o并将值传到 ≥⁄∞≤²±±¨ ¦·函数对应的参
数即可实现数据库的访问 ∀
‹• ∞≥˜× ≤∂ƒ≥∂¬¨º }}≥⁄∞≤²±±¨ ¦·k…≥ו ¶¨µ√¨ µo…≥ו ¬±¶·¤±¦¨ o…≥ו ∏¶¨µo…≥ו ³¤¶¶º§o…≥ו §¤·¤¥¤¶¨ o
Œº²µ®¶³¤¦¨ 33²∏·• ²µ®¶³¤¦¨l
¾
Œ³µ²³¨µ·¼≥¨ ·°·µ¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·k≤≥Œ⁄p °µ²³¨µ·¼≥¨ ·l ~ Μ设置连接属性
¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·2  ≥¨ ·°µ²³¨µ·¼k≤≤²°…≥ו k/ ≥∞• ∂∞• 0l o ≤≤²°∂¤µ¬¤±·k¶¨µ√¨ µll ~
¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·2  ≥¨ ·°µ²³¨µ·¼k≤≤²°…≥ו k/ Œ‘≥ׄ‘≤∞0l o ≤≤²°∂¤µ¬¤±·k¬±¶·¤±¦¨ll ~
¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·2  ≥¨ ·°µ²³¨µ·¼k≤≤²°…≥ו k/ ⁄„ׄ…„≥∞0l o ≤≤²°∂¤µ¬¤±·k§¤·¤¥¤¶¨ll ~
¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·2  ≥¨ ·°µ²³¨µ·¼k≤≤²°…≥ו k/ ˜≥∞• 0l o ≤≤²°∂¤µ¬¤±·k∏¶¨µll ~
¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·2  ≥¨ ·°µ²³¨µ·¼k≤≤²°…≥ו k/ °„≥≥• ’• ⁄0l o ≤≤²°∂¤µ¬¤±·k³¤¶¶º§ll ~
Œ• ²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼°·µ¬³• ²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼~ Μ创建一个工作区
¬³• ²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼q≤µ¨¤·¨Œ±¶·¤±¦¨k≤≥Œ⁄p ≥§¨ • ²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼l ~
‹• ∞≥˜× «µ~
«µ€¬³• ²µ®¶³¤¦¨ƒ¤¦·²µ¼2  ’³¨ ±k¬³°µ²³¨µ·¼≥¨ ·o‘˜o²∏·• ²µ®¶³¤¦¨l ~
À
swt 林 业 科 学 wv卷
u1u 图层编辑 „µ¦’¥­¨¦·¶提供了一个与要素对应的接口 Œ©¨¤·∏µ¨ o封装了获得图形的方法 ~Œ©¨¤·∏µ¨≤¯ ¤¶¶接
口提供要素的基本属性和对要素操作的基本方法 o例如设置和创建要素 !获得要素和更新要素等 ∀一个要素
就是一个图形对象 o其图形对象的类型有 °²¬±·点 !°²¯¼¯¬±¨ 线 !°²¯¼ª²±面 ∀
节点的添加和删除由 „µ¦’¥­¨¦·¶提供的集合类 ŒŠ¨ ²°¨ ·µ¼≤²¯¯¨ ¦·¬²± !Œ≥¨ ª°¨ ±·≤²¯¯¨ ¦·¬²± !Œ°µ²¬¬°¬·¼’³¨µ¤·²µ来
完成 ∀添加节点关键在于确定节点序号 o而 Œ≥¨ ª°¨ ±·≤²¯¯¨ ¦·¬²±和 Œ°µ²¬¬°¬·¼’³¨µ¤·²µ接口可以解决节点序号的
问题 ∀
本系统的面合并是通过指定目标面要素和参与合并的面要素 o返回两者的并集结果 ∀面分割是通过在
目标面要素上指定一条切割曲线 o返回面要素被切割曲线后的左右两部分 ∀合并 !分割的实现 o需要分别使
用 Œ×²³²¯²ª¬¦¤¯’³¨µ¤·²µ接口的 ¦²±¶·µ∏¦·∏±¬²±方法 !¦∏·方法 ∀利用此 Œ×²³²¯²ª¬¦¤¯’³¨µ¤·²µ接口可根据现存的几
何图形之间的拓扑关系创建一个新的几何图形 ∀程序中分别自定义了 ≥«¤³¨ ˜±¬²± !≥«¤³¨ ≥³¯¬·函数完成合并 !
分割 ∀下面列出合并的代码 }
√²¬§≥«¤³¨ ˜±¬²± kŒ¤³ 3 ¬³¤³oŒ©¨¤·∏µ¨≤¯ ¤¶¶ 3 ¬³ƒ ¤¨·∏µ¨≤¯ ¤¶¶l
¾ ²¯±ª ≥¯¨ ≤¯²∏±·~ Μ参与合并的图形个数
Œ≥¨ ¯¨ ¦·¬²±°·µ¬³≥¨ ¯¨ ¦·¬²±~ Μ选取的图形要素
Œ∞±∏°ƒ ¤¨·∏µ¨°·µ¬³∞±∏°ƒ ¤¨·∏µ¨ ~ Μ存放合并的图形要素
Œƒ ¤¨·∏µ¨°·µ¬³ƒ ¤¨·∏µ¨ ~ Μ图形要素
ŒŠ¨ ²°¨ ·µ¼°·µ¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼~ Μ几何图形
ŒŠ¨ ²°¨ ·µ¼≤²¯¯¨ ¦·¬²±°·µ¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼≤²¯¯¨ ¦·¬²±k≤≥Œ⁄p Š¨ ²°¨ ·µ¼…¤ªl ~ Μ几何图形集
¶¨µ¬Š¨ ²°¨ ·µ¼×¼³¨ ¶«¤³¨ ×¼³¨ ~ Μ几何图形类型
Œ°²¯¼ª²±°·µ¬³°²¯¼ª²±k≤≥Œ⁄p °²¯¼ª²±l ~ Μ合并后的多边形
Œ×²³²¯²ª¬¦¤¯’³¨µ¤·²µ°·µ¬³×²³²¯²ª¬¦¤¯’³¨µ¤·²µ~ Μ拓扑操作
Œ∞±∏°Š¨ ²°¨ ·µ¼°·µ¬³∞±∏°Š¨ ²°¨ ·µ¼~ Μ几何图形枚举
¬³¤³2  ª¨·p ≥¨ ¯¨ ¦·¬²±≤²∏±·ki ≥¯¨ ≤¯²∏±·l ~ Μ选取的个数小于 u o提示并跳出函数
¬©k¯ ≥¨ ≤¯²∏±· ul
¾  ¶¨¶¤ª¨ …²¬k‘˜o/合并至少需要选择两个多边形0 o/合并面要素0 o …p ’Žl ~
µ¨·∏µ±~ À
¬³¤³2  ª¨·p ƒ ¤¨·∏µ¨≥¨ ¯¨ ¦·¬²±ki¬³≥¨ ¯¨ ¦·¬²±l ~ Μ获得选取的要素
¬³∞±∏°ƒ ¤¨·∏µ¨ €¬³≥¨ ¯¨ ¦·¬²±~
©²µk¬±·¬€ s ~¬ ≥¯¨ ≤¯²∏±·~¬n n l
¾ ¬³∞±∏°ƒ ¤¨·∏µ¨2  ‘¨¬·ki¬³ƒ ¤¨·∏µ¨l ~ Μ取要素
¬³ƒ ¤¨·∏µ¨2  ª¨·p ≥«¤³¨ ≤²³¼ki¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼l ~ Μ将要素转为几何图形
¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼2  ª¨·p Š¨ ²°¨ ·µ¼×¼³¨ ki¶«¤³¨ ×¼³¨ l ~
¬©k¶«¤³¨ ×¼³¨ € € ¶¨µ¬Š¨ ²°¨ ·µ¼°²¯¼ª²±l Μ判断几何图形的类型是否多边形
¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼≤²¯¯¨ ¦·¬²±2  „§§Š¨ ²°¨ ·µ¼k¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼l ~
¬³ƒ ¤¨·∏µ¨2  ⁄¨ ¯¨ ·¨kl ~À
¬³∞±∏°Š¨ ²°¨ ·µ¼€¬³Š¨ ²°¨ ·µ¼≤²¯¯¨ ¦·¬²±~
¬³×²³²¯²ª¬¦¤¯’³¨µ¤·²µ€¬³°²¯¼ª²±~
¬³×²³²¯²ª¬¦¤¯’³¨µ¤·²µ2  ≤²±¶·µ∏¦·˜±¬²±k¬³∞±∏°Š¨ ²°¨ ·µ¼l ~ Μ合并
Œƒ ¤¨·∏µ¨°·µ¬³‘¨ºƒ ¤¨·∏µ¨ ~
¬³‘¨ºƒ ¤¨·∏µ¨2  ³∏·µ¨©p ≥«¤³¨ k¬³°²¯¼ª²±l ~
¬³‘¨ºƒ ¤¨·∏µ¨2  ≥·²µ¨kl ~
¬³ƒ ¤¨·∏µ¨≤¯ ¤¶¶2  ≤µ¨¤·¨ƒ ¤¨·∏µ¨ki¬³‘¨ºƒ ¤¨·∏µ¨l ~ Μ创建合并后的要素
twt 第 ts期 舒娱琴 }虚拟森林经营管理系统的设计与实现
¬³∞±∏°ƒ ¤¨·∏µ¨2  • ¶¨¨·kl ~
À
u1v 虚拟森场景的构建 虚拟森林场景应符合林分生长规律才能得到实际的应用 ∀因此虚拟森林场景的
构建主要解决 v个问题 }一是森林空间数据的分析与仿真 o研究林分中林木各特征因子如树高 !胸径在森林
空间位置上的分布状况 ~二是森林空间数据的时变性分析与仿真 o随着时间的流逝空间数据发生的变化 ~
三是在森林空间数据给定的情况下 o结合计算机图形学技术与林业知识 o表现树木及绘制森林 o并实现交互 ∀
tl 森林空间数据的现时性分析与仿真 利用现有的森林资源二类调查的林分平均信息和林相图等整
体信息和少量野外采样的数据 o采取基于林分结构规律的整体到个体的仿真方法反演到个体 o即获得森林空
间数据 ∀
ul 森林空间数据的时变性分析与仿真 在已获得现时的森林空间数据后 o通过自然稀疏规律和林木竞
争来分析林分生长规律 o以单木竞争生长模型为基础的生长预测和林木枯死概率为标准的淘汰机制的时变
性仿真的实现方法k舒娱琴等 oussxl ∀
vl 树木的交互式参数建模技术 从树木构筑概念出发 o采用主干 !枝条 !叶片三类参数来描述和定义树
木 ∀同时约定了树的分层分枝 !枝条分段逼近 !主干和枝条视为横截面直径变化的广义园柱体 !简单四边形
表达一组叶片的集合等建模规则从而构建三维几何树模型k舒娱琴等 ousswl ∀
wl 虚拟森林场景的构造与绘制 虚拟森林场景的构造与绘制主要采用 ’³¨ ±Š提供的函数库来完成 o
实现过程涉及到地形 !三维树模型 !森林空间数据等多方面 o其具体流程图如图 v所示 ∀
首先采用实时最优化适应性网格 • ’„ 算法建立三维地形模型 ∀
将已知的试验区域林分整体的平均信息k树种 !树龄 !立地质量 !树木初植密度 !现有密度 !平均胸径 !平
均树高等l及其少量试验区域的实地测量数据 o通过森林空间数据的现时性和时变性分析与仿真模块后得到
了一个存有该试验区域的树木的几何特征信息及其在不同时段的变化过程的数据文件 ∀
图 v 虚拟森林场景的实现流程图
ƒ¬ªqv ׫¨ ¬°³¯ °¨ ±¨·¬±ª©¯²º ²©√¬µ·∏¤¯ ©²µ¨¶·¶¦¨±¨
森林空间数据得到后 o判断三维几何树模型库中是否包含了试验区域所有的树木几何模型 o如果包含
了 o可以在三维几何树模型库中调度出该区域的类似树木模型 o以它为参数模板动态地生成符合森林空间数
据k即胸径 !树高 !冠幅 !冠长等几何信息l的几何树木模型 ~如果没有包含 o则通过交互式参数建模工具以森
林空间数据等为输入参数去建立新的三维几何树木模型 ∀
虚拟森林场景中各要素的综合 o即在森林空间数据的指定下 o将这些三维几何树模型放置在三维地形
uwt 林 业 科 学 wv卷
中 o其中涉及到几何树木模型与地形的匹配问题 ∀
森林的绘制 o满足交互实时显示的需要 ∀
3 系统应用
以福建省漳浦林区为示范区 o在现有南方森林生长模型的基础上建立了一个虚拟森林经营管理系统 ∀
图 w为本系统的主界面 o用户可以选择以小班 !林班 !林场为单位的区域 o创建虚拟森林场景 o对话框显示了
选择的范围 o该林分区域上的树种是马尾松k Πινυσ µασσονιαναl o林分面积 s1xvv «°u o现有林分密度 t xzx
株#«°pu o立地质量指数 tu≈对影响森林生产能力的所有生境因子如地形坡度 !坡向 !坡位 !土壤厚度及气候
等综合评价的一种量化指标k孟宪宁 ot||x ~秦建华 oussul  o树龄 y年 o平均树高 y1v ° o平均胸径 |1u ¦°o初
植方式是 u ° ≅ u °的矩形排列 ∀根据这些已知林分信息 o通过分析获得该区域的森林空间数据 ∀另外通过
实地测量测得马尾松的枝条和叶子的分布密度 o并针对不同径阶的树木高度 !冠幅 !冠长率等参数 o建立相应
的三维几何模型 ∀由于森林空间数据的仿真结果已将三维几何模型和具体的所在位置联系起来了 o因此在
虚拟森林构建时 o通过森林空间数据去调用树模型并对应地放置在地形上 o如图 x所示 ∀
图 w 系统主界面
ƒ¬ªqw ׫¨ °¤¬±¬±·¨µ©¤¦¨ ²© ∂ƒ≥
图 x 虚拟森林场景
ƒ¬ªqx ∂¬µ·∏¤¯ ©²µ¨¶·¶¦¨±¨
图 y 生长预测
ƒ¬ªqy ׫¨ ³µ¨§¬¦¤·¬²± ²©©²µ¨¶·ªµ²º·«
虚拟森林经营决策是在更新造林 !抚育间伐 !景观规划等措施实施后 o通过森林空间数据的仿真 o进行生
长预测 o实现对不同生长阶段的森林场景的漫游 o从而提供决策平台 ∀图 y是在某个小班上以初植密度 u °
≅ u °种植马尾松树木 o采取更新造林的措施之后的生长预测 o图 y从左至右分别是 y !ts !us年的生长情况 ∀
另外 o该虚拟森林的场景漫游时显示帧率 ux ∗ vx ‹½#¶pt ∀虚拟森林场景漫游提供了天空背景 !雾化等
环境效果的显示 o为了能够从任意位置和角度较好地观察森林全貌 o用户可以通过设置/ ³¤ª¨∏³0 !/ ³¤ª¨§²º±0
键来抬高 !降低视点的高度位置 o/ n 0 !/ p 0键来加快 !减慢视点运动的速度 o从而实现全方位虚拟森林可视
化环境的漫游功能 ∀
vwt 第 ts期 舒娱琴 }虚拟森林经营管理系统的设计与实现
4 系统特色
w1t 超越了时间和空间的限制 森林具有 u个显著的特性 }一是时间跨度大 o二是空间尺度大 ∀正是这 u
个因素使得林业研究面临着非常大的难题 ∀虚拟森林环境的建立能使林业管理者不受时间的限制而从视觉
上感受到森林生长的变化 o从费时费力的现场观察到省时省力的虚拟环境的沉浸 ∀
w1u 直观逼真的三维森林世界 与以往仅考虑零维 !一维和二维的林业信息相比 o用真实的三维几何树模
型表达的虚拟森林环境更易于理解和分析 o它能反映复杂的森林生长现象 o揭示森林数据之间的关系 o能明
显加强人们处理森林动态变化的这种长时间大尺度因果关系问题的能力 ∀
w1v 森林经营管理决策平台 本系统为经营管理提供了更多模式选择 o如抚育间伐 !更新造林 !景观规划等
专题功能 o让林业管理者和决策者根据森林的生长状况 !采伐 !造林效果做出更高效的 !正确的经营措施 ∀
参 考 文 献
郝小琴 qusst1 林业科学与科学可视化 q林业科学 ovzkyl }tsx p ts{
孟宪宇 qt||x1 测树学 q北京 }中国林业出版社
罗传文 qussv1 三维虚拟林相的制作技术研究 q林业科学 ov|kvl }ty| p tzt
秦建华 qussu1 林分生长与产量模型系统研究综述 q林业科学 ov{ktl }tuu p tu|
舒娱琴 o兰樟仁 o陈崇成 qussx1 森林空间数据的时变性分析与仿真 q计算机工程 ovtkyl }uz p u|
舒娱琴 o祝国瑞 o陈崇成 qussw1 虚拟森林场景的构建 q武汉大学学报 }信息科学版 ou|kyl }xws p xwv
吴 浩 o邓 杰 o帅艳林 qussx1ŠŒ≥在森林资源管理中的应用 q林业调查规划 ovs kvl }w p z
张书亮 o闾过年 o李秀梅 o等 qussx1 网络地理信息系统 q北京 }科学出版社
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