基于虚拟植物的幼龄杉木生长模拟

 为估算树木在不同生长环境下的生长量及评价树木与环境之间的相互关系,本文以幼龄杉木为对象,从个体尺度上,根据形态结构生长发育规律,定义了幼龄杉木生长的基本单元,耦合用于表达树木形态发育的L-系统和生理生态模型,形成了L-系统的杉木结构-功能模型。在LSTree软件基础上,集成光合作用、生物量分配等模型,扩展了冠层光合有效辐射(PAR)的空间分布模拟,计算每个叶片上分布的PAR值,为光合作用模型提供核心参数。以福州3-4年生杉木的生长盛期为例,计算不同时刻净光合速率,从而计算各生长阶段的生物量,再把生物量分配到各器官。在生物量驱动下,树木形态结构发生变化,通过迭代,实现生物量驱动下的树木动态生长模拟。净光合速率估算结果与已有相关研究对比,比较合理。这种方法可定量分析、解释植物与环境之间关系。     

林木多样性模型及生长模拟

林木生存环境复杂多变,导致林木形态千差万别,为了准确描述林木的形态多样性特征,提出了一种基于模型分解的林木生长模拟方法。首先构建多样性林木三维模型,使用林木形态的实际测量数据,基于B样条函数约束树干、树冠形态,依据削度方程模拟树干直径的变化趋势,利用Direct3D实现林木形态的三维建模;其次,按林木形态特征进行林木模型分解,将林木模型分为9个子模型;最后,使用场景节点按照拓扑结构关系对子模型进行动态组织,基于胸径、树高、枝下高、冠高和冠幅生长模型,使用多核CPU多线程并行的计算方式,获得各年龄阶段林木东、南、西、北方向形态参数,从而对子模型生长状态进行控制,实现林木不同方向生长变化的可视化模拟。结果表明：该方法可将林木三维模型与生长模型紧密结合起来,林木各方向的枝下高、冠高和冠幅严格按照生长模型进行生长,可有效模拟出林木各方向生长状态的多样性;三维场景渲染帧率（FPS）保持在25以上,平均FPS可以达到50,实现林木生长的方向异质性模拟。     

基于城市园林树木景观三维模拟的绿视率估算方法

城市生态景观功能主要是绿色植物对人的视觉作用。绿视率被认为是一种比较好的衡量绿色空间视觉感受的描述因子。目前绿视率的估算主要基于静态的图像或者街景数据,而绿视率是一种动态的量,不同视点有不同的值,且植物是生长变化的。因此,本文提出一种基于数据和模型综合驱动的园林树木三维模拟景观的绿视率计算方法,其利用虚拟地理环境、虚拟植物等技术,通过道路、建筑物等硬质景观数据和树木模型驱动,建立城市园林树木三维景观;根据视觉成像原理,构建虚拟相机,模拟不同视点园林景观的视觉图像,然后识别表征植被信息的像素,从而计算绿视率。本文研发了园林树木景观三维模拟及绿视率估算原型系统,并以城市道路树木景观为例,模拟分析了机动车道中车辆乘客可获得的绿视率,与街景图像提取的绿视率值相近。该方法和系统可用于包含时间变量的不同生长阶段园林树木景观的绿视率评估,支持交互设置不同的视点参数,估算城市任意位置和任意方向的绿视率,评价过去、现在和未来的园林景观绿化质量,以人的视觉感知角度为城市绿地规划提供参考。     

地理模型定义XML文档编辑器的设计和应用

地理模型分布式集成是虚拟地理环境研究的主要内容之一。在分布式系统中多采用XML作为数据交换的统一标准,以解决多种信息在网络空间的表达和传输。本文在VisualC#.NET平台下开发了一个通用的模型数据定义编辑器,用XML来统一描述多源异构的地理模型数据,以实现模型的共享和集成。提供了直观式图形界面,可满足无程序背景的设计人员的需求,使智能化的模型集成成为可能。以地下水模型分布式调用为例,验证了此编辑器的有效性和易操作性。     

三维地面模型的可视化研究

对于地形模型的构造有多种方法,如:规则格网法(GRID)、不规则三角网(TIN)和混合法(GRID-TIN)等.GRID模型具有较小的存储量和简单的数据结构,便于存储和管理.在对这些已有的三维地面模型进行分析的基础上,着重以DEM矩形网格法为例探讨了地面模型的构造,并在此基础上实现了三维地面模型的动态显示和交互操作等功能,最后给出了具体实例.     

基于实景三维模型的变电站应用研究

变电站数字化和三维化是电力行业发展的重要内容,但现有的三维建模方式存在效率低、不真实、应用面窄等问题。本研究采用即时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)技术的移动扫描和倾斜摄影技术来获取变电站室内外环境信息,实现快速、高精度的室内外一体化实景三维建模。在此基础上,采用WebGL技术构建变电站实景三维模型云平台,为多个场景应用提供服务。在教学培训上,在实景的展示和漫游基础上加入虚拟现实技术(Virtual Reality,VR),增强沉浸式体验,达到更好的效果;在设备管理中,通过感兴趣点(Point of Interest,POI)实现实景和属性的信息整合,提高设备管理水平。在变电站工程技改设计、建设验收中,通过地理连接实现二维平面地图、建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)等与实景三维的空间联动,真实反馈现场情况,减少现场勘测次数,节约人力物力。     

数字城市中三维模型的质量控制

主要论述了在数字城市建设中三维模型数据的生产流程,质量元素,质量控制的内容、方法及评价体系.在三维建模质量控制方面制定了一套行之有效的质量控制体系,为数字城市建设中大规模三维建模工作的开展提供了一个参考.     

一种单机多屏的时序三维地理场景同步可视化系统

三维地理场景的可视化是虚拟地理环境研究中展示各类复杂地学过程与现象的重要技术。目前,现实中地理场景大多具有复杂度高、规模大、交互性强等特点, 故采用传统的单个计算机单屏显示方式, 已无法满足用户对沉浸感、大视野、高分辨率的可视化应用需求, 而多屏显示技术是一个解决该问题的有效途径。本文以福建长汀县水土流失治理过程中植被覆盖变化为例, 开展了时序三维地理场景的单机多屏同步可视化技术和漫游系统研究。提出了系统的软件架构和开发流程, 并引入多线程同步机制, 实现了三视图场景的构建、三屏同步显示、三屏同步路径漫游、矢量图的差异符号化和三维场景实景图片嵌入播放等技术, 设计并实现了一个以单个计算机控制三个显示屏幕的时序同步可视化漫游系统。采用3 个时相的彩色遥感卫星影像,叠加数字高程模型形成反映不同时期水土流失程度变化的三维地理场景, 在水土流失治理过程成果展示中得到了应用。系统除了三维场景沉浸感强、震撼力大之外, 还具有动态变化、信息量大、表现力强等特点, 在地理场景动态可视化方面有独特的应用前景。     

平邑县DEM模型的建立及其三维可视化

平邑县境内属于丘陵山区,进行地形三维显示不仅便于用户直观地了解平邑的地形地貌,而且便于用户查询相关信息进行土地利用分析。该文主要介绍利用ArcView3.2进行数字高程模型(DEM)的建立及其三维显示,以及道路、水系等各主要要素的三维显示。     

基于内存数据库的三维模型管理方法

现有的三维模型大多利用关系数据库和文件系统进行管理,在对其可视化的过程中,存在调用模型速度慢、前端绘制不流畅等问题。为解决上述问题,提出了一种基于redis内存数据库的三维模型管理方法。首先,将不同格式的三维数据批量转换成glTF格式或Binary glTF格式,继而分析redis的存储机制并设计分层结构管理三维数据,然后搭建Web服务程序发布数据,最后利用Cesium引擎实现三维模型可视化。通过实验验证,结果表明:采用本文提出的方法管理三维模型,模型调用速度显著提高,可视化效果更加流畅。     

3维地理信息中3D模型研究综述

介绍了当代3维地理信息系统中3D模型研究的发展状况.主要涉及3D GIS的发展现状、3DGIS空间数据模型的研究进展和有待研究的3D GIS模型理论与技术问题等方面的内容.     

一种基于地理格网的三维模型数据统一表达方法

针对三维地理场景中异构三维模型数据统一表达问题,提出了一种基于地理格网的三维模型数据统一表达方法。该方法首先构建覆盖测区的地理格网模型,以此作为异构三维模型数据统一组织的空间基准。其次,建立三维模型数据与地理格网单元的映射关系。在此基础上,设计了一种基于XML的三维模型数据统一描述规则,从数据属性、空间范围、空间关系等方面对异构三维模型数据进行统一描述,将异构三维模型数据规划在地理格网的统一管理中。最后,采用山西省某体育馆数据进行试验分析,验证了本文方法的有效性。     

焊接机器人图形仿真系统中的三维建模

在AutoCAD2004环境下,以VBA为二次开发工具,实行VBA和MATLAB的混合编程,把 MATLAB作为后台矩阵计算引擎,成功地进行了焊接机器人计算机图形仿真系统的三维建模,从 而为仿真系统的开发打下基础。     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。