[发明专利]一种基于自适应分形算法的树木形态模拟方法

说明书

技术领域

本项发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种基于自适应分形算法的树木形态模拟方法。

背景技术

树木三维可视化模拟成为森林模拟的重要技术手段。分形几何技术作为可视化的重要基础得到长足发展。分形几何理论中迭代函数系统（Iterated Function System，IFS）在树木形态结构模拟中被广泛应用。在利用IFS分形方法进行树木三维可视化模拟中，其分形矩阵决定了所模拟的树木形态结构和形态变化。然而，传统的IFS分形方法的主要缺陷之一，就是其分形矩阵一旦确定，所生成的树木结构变化不再改变，其形态变化也不再改变。这一特性使其分形的树木形态结构难以符合模拟对像实际生长着的情况。这不但严重影响了树木可视化的模拟效果，也影响到以树木形态特征为竞争因子的树木生长的模拟。从而严重制约了IFS分形方法在林业领域的应用。因此，构造适应于树木形态模型并适应其形态变化的IFS分形方法成为本项发明的焦点。

在本项发明中，利用了树木形态模型，以及获取树木形态图像的激光扫描等现有技术。而发明的核心是提出一种适应于树木形态特征及其形态变化的IFS分形矩阵参数的计算方法。利用这种算法可以实现对单轴分枝类型的树木的形态结构及其生长变化的三维模拟。

发明内容

以真实的树木形态（此处指树木的整体轮廓）图像为依据，建立IFS分形矩阵，使其分形迭代所生成的树木形态以及形态变化符合真实树木的形态和形态变化。以克服传统IFS分形算法所模拟的树木即不能满足树木形态特征，也不能满足树木形态生长变化的缺陷。本项发明将给出IFS的改进算法。

一种基于自适应分形算法的树木形态模拟方法，步骤如下：

（1）获取树木形态图像tImage；

（2）建立树木形态模型tModel，；

（3）计算一级分枝枝长Ln；

（4）构建IFS分形矩阵Wn；

（5）实现三维树木分形

所述步骤（1）中，获取树木形态图像tImage，获取树木形态图像的目的是为了以树木形态图像为基础来匹配树木形态模型。获取树木形态图像的方法，采用地面三维激光扫描、单张摄影照片的逆投影变化、立体像对等三种方法获得树木形态图像;所述三维激光扫描方法，即树木图像来自于FARO LS120地面激光扫描系统的点阵数据，由三维点阵处理平台Geomagic12以平行投影方式显示正视图像，通过点坐标记录树高Z值和树根Z值来计算树高；然后拉框选择树木对像，并保存树木二维正视图tImage。

所述步骤（2）中，建立树木形态模型tModel，即以公式（1）为树木形态模型，编制树木形态图像与树木形态模型曲线的匹配算法，将树木的外形用模型曲线来刻画，其树木的上下冠形分别对应于两个幂函数方程，模型曲线的匹配采用目视匹配的方法，即首先输入树高数值，然后由鼠标选择图像中的树高位置、树根位置、冠高位置、枝下高位置，最后通过调整上冠幅指数、下冠形指数两个参数，使模型曲线适合于树木图像的冠形，此时在模型表示栏得到两个幂函数方程，即描述树木上下冠幅形态的模型;

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