經濟林類園林樹木形態(tài)特征提取與虛擬模擬研究-以核桃樹為例.pdf

1、本文基于園林規(guī)劃設計依賴計算機圖形圖像的實時動態(tài)展示，結合測樹學、數理統(tǒng)計學、虛擬現實技術、多基線數字近景攝影測量等學科，以生態(tài)、經濟、社會效益優(yōu)良的經濟林類園林樹種-核桃為研究對象，對核桃樹的冠幅、枝下高、株高等重要形態(tài)結構因子進行探討。此外，對核桃形態(tài)參數的提取進行攝影測量方法研究。經濟林木是園林綠化中不可缺少的樹種。本研究通過充分認識經濟林園林樹種的生長和結構特性，可以更好的發(fā)揮經濟林樹種在園林中的應用，為園林規(guī)劃設計提供了可靠數

2、據和資料。另外，對經濟林類的園林樹種進行可視化模擬理論和方法研究，有助于園林規(guī)劃設計者對植物生長和形態(tài)結構進行全面的把握。
　　 核桃喜光，喜溫暖涼爽氣候，不耐鹽堿，栽培歷史悠久，優(yōu)良品種甚多，營養(yǎng)豐富，用途廣泛，國內外常用作行道樹或觀賞樹種。本研究在河南省濟源大溝河林場克井試驗基地組織試驗，選取核桃-大豆的農林復合系統(tǒng)樣地中3顆生長良好的綠波2號核桃，分別在2008年4月2日、5月13日、6月25日和8月8日進行觀測，對核桃進

3、行攝影測量。
　　 目前虛擬植物生長主要采用的方法包括：分形方法、隨機過程和L系統(tǒng)。L系統(tǒng)是由美國生物學家Lindenmayer于1968年提出，他主要是用于研究細胞的交互作用。隨著L系統(tǒng)被引入計算機圖形學和系統(tǒng)的不斷完善，它已經成為植物生長建模的主要方法之一。L系統(tǒng)是一種字符重寫系統(tǒng)或形式化語言方法，它通過構造公理，運用連續(xù)、并行地運用規(guī)則改寫公理中的字符串，從而得到一系列字符。最后根據字符的特定幾何含義可以繪制出特定的圖形。

4、運用具有不同語言、文法和幾何解釋的L系統(tǒng)，在計算機上能夠模擬生成各種具有復雜形態(tài)的植物。L系統(tǒng)為植物生長拓撲結構以至幾何形態(tài)建模提供了一個很好的理論體系，顯示了計算機模擬植物方面的能力，為在計算機上實現虛擬植物的生長提供了理論依據。本文的主要工作包括：
　　 （1）采用單目CCD數碼相機（Canon5D）作為輸入設備，由于數碼相機鏡頭本身的視場角的局限性，數碼相機可以分段攝取立木影像，然后進行工程拼接，采用水平的攝影方式，經過多

5、基線近景攝影測量系統(tǒng)的處理工作，從而獲得單株立木完整的三維空間點云和三維立體模型。
　　 以數碼相機拍攝立木圖片的形式，記錄了單株立木測量試驗的全過程，試驗結束以后，仍然可對單株立木的測量結果進行重新分析和樹木生長過程的研究。
　　 （2）為了驗證多基線近景攝影測量系統(tǒng)能精確測量樹木的形態(tài)結構，在河南濟源大溝河林場組織實驗，把全站儀直接測量數據與多基線近景攝影測量系統(tǒng)測量數據比較研究發(fā)現，坐標X值的相關指數R2為0.99

6、93，坐標Y值的相關指數R2為0.9989，坐標Z值的相關指數R2為1，置信度為95％，說明多基線數字近景攝影測量值與全站儀測量值緊密相關，可以滿足林業(yè)上的測樹要求。兩組數據緊密相關，所以，多基線近景攝影測量系統(tǒng)可以做到精確連續(xù)的測量樹木的形態(tài)結構。
　　 （3）利用所生成的核桃樣本立體模型，精確測定表現其三維形態(tài)結構的空間點坐標，并對其測量精度進行了分析。X方向平均誤差0.0134，Y方向平均誤差0.0086，Z方向平均誤差0