[发明专利]基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法

权利要求书

1. 一种基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：获取目标造林树种的形态结构特征参数，采用单树建模工具软件建立该树种不同生长阶段的精细三维模型；

S11：根据造林技术规程或要求中规定的该树种种植密度和种植点配置原则，在拟造林地的三维数字地形基础上，把该树种三维模型放置于三维数字地形上，形成不同生长阶段、不同分布密度的三维林分场景；

S12：采用计算机图形学中的光线跟踪算法计算出不同种植密度的林分群体冠层在不同生长阶段的透光率和日平均透光率；

S13：根据该树种对光照的要求和营林目的，分析不同生长阶段林分的透光率是否合理；若合理，则输出种植密度、种植点配置方式、行距、株距和行向；若不合理，则反复优化调整种植点配置方式和分布密度，重复步骤S11、S12和S13，直至合理。

2. 根据权利要求1所述的基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于：所述步骤S10中建立树种精细三维模型包括以下步骤：

S101：通过野外调查、测量和森林调查数据，分析提取目标造林树种不同生长阶段的形态结构特征参数、枝干系统拓扑结构信息和叶片几何信息；

S102：根据所述叶片几何信息，建立叶片的精细三维模型，以多边形形式表示； 

S103：根据所述树种的形态结构特征参数和枝干系统拓扑结构信息，采用单树建模工具软件，建立树木三维枝干系统，并把叶片精细三维模型挂接到枝干系统上，形成精细的三维形态结构模型；

S104：根据该树种不同生长阶段的形态结构特征，建立不同生长阶段的精细三维模型。

3. 根据权利要求1所述的基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于：所述步骤S11中所述的三维林分场景的构建包括以下步骤：

S111：获取拟造林区域的数字高程模型，形成三维数字地形景观；

S112：根据造林技术规程中规定的林种、立地条件、树种所对应的初始造林密度的约束条件进行种植点配置，计算每棵树模型在三维数字地形中的平面地理坐标，即为水平（X、Y）坐标；

S113：根据每棵树模型的平面地理坐标，从数字高程模型中检索出该点的海拔高程，从而得到每棵树模型的分布坐标，即三维坐标（X、Y、Z），然后把模型放置于三维数字地形景观中的相应位置，形成三维林分场景景观。

4. 根据权利要求3所述的基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于：所述步骤S112中种植点配置方式包括正方形配置、长方形配置、品字形配置、正三角形配置、群状配置、随机的自然配置，即通过设置行距、株距和行向来实现。

5. 根据权利要求1所述的基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于：所述步骤S13中林分透光率的计算包括以下步骤：

S131：根据拟造林地的地理位置，并假设天气晴朗条件下，采用太阳的天文参数计算算法，得出不同时刻的太阳高度角、方位角和冠顶辐射强度；

S132：确定林分分析的范围，进而确定包含林分场景的最小四边形，并得出该四边形的长X米和宽Y米；

S133：设定栅格长宽均为m米，一共有（x/m）*（y/m）个栅格，获得每一个栅格的中心坐标，将其作为光线的投放原点，方向为原光线方向的反方向；

S134：计算光线与三维林分场景中各叶枝的面片相交情况；若相交，则此条光线与叶枝的面片求交结束，将光线对应的栅格颜色设为灰色；否则，将光线对应的栅格颜色设为白色；

S135：所有光线求交计算完成后，统计白色栅格的个数n，由步骤S132可知每个栅格的面积为m²平方米，那么光斑区域的面积为n*m²平方米，因此光斑率S=（n*m²）/(x*y)，即得出某个时刻某个林分场景的透光率；

S136：计算日尺度内的平均透光率。

6. 根据权利要求5所述的基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于：所述步骤S132中林分分析范围是以林分外围树木主干的中心位置为参考范围。

7. 根据权利要求5所述的基于三维虚拟植物的造林密度优化分析方法，其特征在于：所述步骤S136中日尺度内的平均透光率计算过程为，白天每隔一定时间计算一次，然后把一天内各模拟时刻的模拟值进行平均得到日平均透光率。