[发明专利]一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法

说明书

本发明公开了一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法。其步骤为：首先对仿真森林场景相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定，得到矩形顶点坐标的点集；然后在每个区域内进行空间坐标点的采样，判断采样得到的空间坐标点是否在矩形中，舍弃不在矩形中的空间坐标点，得到每个区域的采样点的集合；对得到的采样点的集合进行矩阵变换，将采样点的世界坐标系变换为入瞳亮度摄影机的屏幕坐标系；向得到的采样点投射光束，进行光线跟踪，得到光线路径；对入瞳亮度进行模拟，归一化得到归一化的结果，根据归一化结果输出反演生物量估算结果。本发明可真实模拟森林BRDF，对森林生物量进行反演估算。

技术领域

本发明属于基于物理的绘制邻域以及生物量反演领域，具体涉及一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法。

背景技术

随着我国卫星遥感技术的飞速发展，相关部门对其地观测的性能要求随着国家经济及军事国防事业的发展越来越高。森林遥感利用树木或森林等对多个波段光谱进行反射的特性，通过研究相机等接受到的多光谱数据、入瞳亮度等信息，可以达到反演森林生物量的效果。通过此技术可以监控森林中树木的生长情况、预报预测森林病虫害等信息。

目前的森林遥感技术主要针对二维图像，尚无针对三维仿真模型的生物量反演方法。为实现森林中各种树木目标模型的生成，可以采用建模软件完成了各种种类的高精度树木几何的建模，并实现相应的接口加入至仿真系统中，建立大规模森林场景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其针对森林场景特点实现了不同参数化模型，实现模拟结果。为了实现森林的目标图像仿真、入瞳亮度仿真、BRDF数据仿真生成，采用基于物理的全局光照计算技术、动态场景调度卸载技术等来提高复杂的树木与森林场景的运行效率，并采用了GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)图形硬件及其硬件加速编程技术来加快正向光线跟踪技术,以实现系统的功能和性能的优化。

本发明公开了一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其包括以下步骤：

1)选择仿真森林场景中的多个相邻区域，对相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定，得到矩形顶点坐标的点集；

2)对每个区域，在区域内进行空间坐标点的采样，判断采样得到的空间坐标点是否在矩形中，舍弃不在矩形中的空间坐标点，得到每个区域的采样点的集合；

3)对步骤2)中得到的采样点的集合进行矩阵变换，将采样点的世界坐标系变换为入瞳亮度摄影机的屏幕坐标系；向步骤2)得到的采样点投射光束，进行光线跟踪，得到光线路径；

4)得到光线路径之后，对其入瞳亮度、色相和饱和度进行模拟，并归一化得到归一化的结果，根据归一化结果反演计算求得反演生物量估算结果。

优选的，所述的步骤1)中对相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定采用三维平移矩阵和三维旋转矩阵完成，具体为：

设每个区域变换前的坐标矩阵为L，变换后为L'；以如下公式进行求解，

其中，a,b,c,d,e,f,g,h,i为三维旋转矩阵中的参数，x,y,z为三维平移矩阵中的参数，W为世界坐标系下的矩形顶点坐标位置，以点集表示，W＝[w₁,w₂,…,w_i,…,w_n]，w_i为某一矩形顶点的坐标位置。

在所述的步骤3)中，如果入瞳亮度摄影机不能拍摄到某个采样点的图像，则将采样点舍去。

优选的，所述的进行光线跟踪，得到光线路径，具体为：