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经济林类园林树木形态特征提取与虚拟模拟研究-以核桃树为例

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1 文献综述

2 绪论

3 基于多基线数字近景摄影测量系统的核桃树形态特征提取

4 基于多基线数字近景摄影测量系统的核桃的形态结构研究

5 核桃三维形态结构虚拟模拟研究

6 结论与展望

参考文献

附 录

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摘要

本文基于园林规划设计依赖计算机图形图像的实时动态展示，结合测树学、数理统计学、虚拟现实技术、多基线数字近景摄影测量等学科，以生态、经济、社会效益优良的经济林类园林树种-核桃为研究对象，对核桃树的冠幅、枝下高、株高等重要形态结构因子进行探讨。此外，对核桃形态参数的提取进行摄影测量方法研究。经济林木是园林绿化中不可缺少的树种。本研究通过充分认识经济林园林树种的生长和结构特性，可以更好的发挥经济林树种在园林中的应用，为园林规划设计提供了可靠数据和资料。另外，对经济林类的园林树种进行可视化模拟理论和方法研究，有助于园林规划设计者对植物生长和形态结构进行全面的把握。
　　 核桃喜光，喜温暖凉爽气候，不耐盐碱，栽培历史悠久，优良品种甚多，营养丰富，用途广泛，国内外常用作行道树或观赏树种。本研究在河南省济源大沟河林场克井试验基地组织试验，选取核桃-大豆的农林复合系统样地中3颗生长良好的绿波2号核桃，分别在2008年4月2日、5月13日、6月25日和8月8日进行观测，对核桃进行摄影测量。
　　 目前虚拟植物生长主要采用的方法包括：分形方法、随机过程和L系统。L系统是由美国生物学家Lindenmayer于1968年提出，他主要是用于研究细胞的交互作用。随着L系统被引入计算机图形学和系统的不断完善，它已经成为植物生长建模的主要方法之一。L系统是一种字符重写系统或形式化语言方法，它通过构造公理，运用连续、并行地运用规则改写公理中的字符串，从而得到一系列字符。最后根据字符的特定几何含义可以绘制出特定的图形。运用具有不同语言、文法和几何解释的L系统，在计算机上能够模拟生成各种具有复杂形态的植物。L系统为植物生长拓扑结构以至几何形态建模提供了一个很好的理论体系，显示了计算机模拟植物方面的能力，为在计算机上实现虚拟植物的生长提供了理论依据。本文的主要工作包括：
　　 （1）采用单目CCD数码相机（Canon5D）作为输入设备，由于数码相机镜头本身的视场角的局限性，数码相机可以分段摄取立木影像，然后进行工程拼接，采用水平的摄影方式，经过多基线近景摄影测量系统的处理工作，从而获得单株立木完整的三维空间点云和三维立体模型。
　　 以数码相机拍摄立木图片的形式，记录了单株立木测量试验的全过程，试验结束以后，仍然可对单株立木的测量结果进行重新分析和树木生长过程的研究。
　　 （2）为了验证多基线近景摄影测量系统能精确测量树木的形态结构，在河南济源大沟河林场组织实验，把全站仪直接测量数据与多基线近景摄影测量系统测量数据比较研究发现，坐标X值的相关指数R2为0.9993，坐标Y值的相关指数R2为0.9989，坐标Z值的相关指数R2为1，置信度为95％，说明多基线数字近景摄影测量值与全站仪测量值紧密相关，可以满足林业上的测树要求。两组数据紧密相关，所以，多基线近景摄影测量系统可以做到精确连续的测量树木的形态结构。
　　 （3）利用所生成的核桃样本立体模型，精确测定表现其三维形态结构的空间点坐标，并对其测量精度进行了分析。X方向平均误差0.0134，Y方向平均误差0.0086，Z方向平均误差0.0030，XY平面误差0.0159，整体平均误差0.0162。误差较小，摄影测量精度能满足实际需求。
　　 （4）核桃形态结构虚拟可视化初步研究。

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