基于OpenGL和VC的树木三维可视化模拟研究与实现
近年来，随着科学计算可视化技术的发展、对树木生长机理的研究、以及森林生态系统的模拟与预测研究的日益深入，模拟树木及林分自然生长和人工经营措施，构造更通用的三维建模与可视化系统进行实时的本真还原和科学模拟(或仿真)，让决策者有一个真实的、身临其境的感受，以辅助森林经营管理及影响评价，具有极其重要的科学意义和广阔的应用前景.而树木三维可视化技术的应用研究是实现森林景观可视化的基础.所以，以树木、森林景观为主要对象的计算机建模和可视化技术成为森林经理学、生态学、自然地理学、植物学等领域的一个研究热点.本文主要基于实测红松解析木数据，包括地径、胸径、树高等因子外，也包括详细的一级枝条构件的组成数据(枝条、弦长、基径、着枝角度、方位角、弓高等)，采用传统的几何实体建模技术和树木形态结构相结合，以VC++6.0为开发平台，结合OpenGL开放式图形库，实现基于实测数据的红松单木可视化模拟.具体分树干、枝条和树叶三个方面进行描述.树干是树木的重要组成部分，红松的干形通直、明显，且分叉少.干形的变化，其粗度自下而上逐渐减少，可用形状和削度来描述.本文结合干形削度的变化，将树干按区分段进行解析，读取实测数据中基础上读取各区分段两端断面的直径，将树干看成是由若干个圆台体和一个圆锥体组成.本文中所用的枝条分枝级数的确定为由内及外的方法.枝条的建模绘制也采用简单的几何图形及利用实测的数据生成.以一级枝条为例，将枝条分成若干断，将每一断看成是圆柱体或圆台体，进行一定角度的偏转来实现.红松的叶子为针形，五针一束，形状近似为细长的圆锥体.在绘制时，可以根据实测的叶子的长度、宽度和厚度采用简单的几何图形来绘制，但如果对树叶逐片通过实测数据进行几何建模，将耗费巨大的空间和计算量.因此需要将空间上相邻的多个叶片及连接它们的细枝合并，形成“叶簇”.本文叶子的建模绘制利用OpenGL提供的简单的线条图形函数并利用实测的数据、参考叶簇方式绘制生成.树木三维可视化的研究与实现方法虽然已有了长足的进步，但由于树木形态的复杂性及树木生长过程的某些不可预测性等，构建的三维树木模型有许多的不足和缺陷.本文基本实现了以红松为例的树木三维可视化，从感官上满足了三维可视化的效果，但也存许多缺点和不足，有待进一步的研究与提高.
树木可视化 静态模拟 OpenGL VC++ 纹理贴图
赵庆丹
哈尔滨市东北林业大学林学院 150040
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2010-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）