基于空間相似性的大規(guī)模森林場景快速生成方法技術(shù)

一種基于空間相似性的大規(guī)模森林場景快速生成方法，包括以下步驟：1）大規(guī)模森林仿真場景進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置，獲得整個場景可視化數(shù)據(jù)和森林空間的場景分布信息；2）對大規(guī)模森林場景空間數(shù)據(jù)進(jìn)行基于四叉樹的分割，將場景劃分成大小相等的塊；3）對森林場景的空間相似性進(jìn)行計(jì)算；4）判斷場景分塊之間的相似度，快速得到植物的生物量；5）若場景分塊之間的相似度沒有達(dá)到一定比例，則進(jìn)行場景塊的生長模型計(jì)算，通過用戶傳遞進(jìn)來的初始參數(shù)數(shù)據(jù)確定基株，計(jì)算得到基株的影響圈范圍以及生物量，然后將三維樹木模型導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)森林場景的仿真，將可視化結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。本發(fā)明專利技術(shù)快速性良好、精確性強(qiáng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及森林場景生成技術(shù)，尤其是一種森林場景生成方法。
技術(shù)介紹
由于森林場景的格局、過程及相互關(guān)系的復(fù)雜性，很難對其進(jìn)行直接的實(shí)驗(yàn)，采用計(jì)算機(jī)建立森林生長模型是一個有效的途徑。森林生長模型需要考慮植物的動態(tài)生長特征和環(huán)境影響，來預(yù)測植物在不同年齡階段的生長趨勢和變化，并對森林生長情況進(jìn)行模擬。大規(guī)模森林場景動態(tài)仿真不僅要存儲每一棵樹木的信息，而且還要計(jì)算樹木間相互作用以及所有樹木之間的競爭和互利的綜合影響，其計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算量也非常巨大，大規(guī)模森林生長仿真的應(yīng)用和研究受到了極大的制約。在森林場景的可視化時(shí)，目前用來可視化建模的技術(shù)主要有細(xì)節(jié)層次模型(LOD)和基于圖像的繪制方法。細(xì)節(jié)層次技術(shù)是基于幾何的繪制方法，可以很好地表達(dá)樹的幾何模型結(jié)構(gòu)。基于圖像的繪制方法是近年來人們廣泛關(guān)注的另一種實(shí)現(xiàn)高度真實(shí)感虛擬場景的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是使用紋理代替真實(shí)的模型，從而能大規(guī)模降低模型的復(fù)雜度，但是與基于幾何的模型相比，在視覺效果上出現(xiàn)失真。為了進(jìn)一步加速森林場景可視化，現(xiàn)有的可視化仿真技術(shù)還結(jié)合可見性裁剪、數(shù)據(jù)預(yù)取等方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)調(diào)度，減少內(nèi)存占用，提高繪制效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服已有森林場景生成方法的快速性較差、精確性較差的不足，本專利技術(shù)提供一種快速性良好、精確性強(qiáng)的。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種，所述快速生成方法包括以下步驟I)大規(guī)模森林仿真場景進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)所設(shè)置的初始化參數(shù)從外存數(shù)據(jù)庫中獲得整個場景可視化數(shù)據(jù)和森林空間的場景分布信息，所述的初始化參數(shù)包括樹木的數(shù)量、樹木的種類、初始年齡、樹的間距、生長年份和環(huán)境因子；所述的環(huán)境因子包括陽光、溫度、水分和土壤；所述的場景可視化數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、地形紋理、除樹木外的地物數(shù)據(jù)和天空場景數(shù)據(jù)；所述的森林空間的場景分布信息包括樹木的位置和初始影響圈大小；2)對大規(guī)模森林場景空間數(shù)據(jù)進(jìn)行基于四叉樹的分割，將場景劃分成大小相等的塊，并建立一個內(nèi)外存調(diào)度的塊信息索引表，用于記錄所有場景塊的狀態(tài)信息；3)對森林場景的空間相似性進(jìn)行計(jì)算，并用二維數(shù)組記錄各個分塊之間的相似度，若場景塊之間相似度達(dá)到一定比例，則可以用在內(nèi)存中的已經(jīng)計(jì)算好的分塊代替待計(jì)算塊；若場景塊之間的相似度沒有達(dá)到一定比例，則對傳進(jìn)來的初始參數(shù)和知識進(jìn)行處理和存儲，并將處理后的這些參數(shù)用于計(jì)算植物的生長模型，得到植物的生長結(jié)果；4)判斷場景分塊之間的相似度，如果場景分塊之間相似度達(dá)到一定比例，且其中的一個場景塊的生長模型已完成計(jì)算，那么可以用已計(jì)算場景塊的數(shù)據(jù)代替未計(jì)算的場景塊，而不需重新計(jì)算場景塊，從而快速得到植物的生物量；5)若場景分塊之間的相似度沒有達(dá)到一定比例，則進(jìn)行場景塊的生長模型計(jì)算，通過用戶傳遞進(jìn)來的初始參數(shù)數(shù)據(jù)確定基株，計(jì)算得到基株的影響圈范圍以及生物量，然后將三維樹木模型導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)森林場景的仿真，將可視化結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。本專利技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思為現(xiàn)有的方法加速了森林生長模型計(jì)算和可視化，但是這些方法沒有充分利用在內(nèi)存中的已經(jīng)計(jì)算好的數(shù)據(jù)。如果能通過場景之間的相似性，充分利用在內(nèi)存中已經(jīng)計(jì)算好的數(shù)據(jù)替代當(dāng)前需要計(jì)算的數(shù)據(jù)，那么仿真速度將大大提高。森林生長仿真的不同區(qū)域的場景可能會有類似的生長環(huán)境，場景之間會存在一定的相似性，那么當(dāng)森林生長仿真精度要求不高時(shí)，可以利用這種相似性來加速植物生長模型計(jì)算和可視化繪制的過程，且充分利用了在內(nèi)存中的已經(jīng)計(jì)算好的數(shù)據(jù)，提高了內(nèi)存利用率，從而達(dá)到森林仿真加速的目的。本專利技術(shù)的有益效果主要表現(xiàn)在1、能分別從植物生長密度、地形特征及環(huán)境因子等相似度指標(biāo)進(jìn)行空間相似性的分析和判斷。當(dāng)兩個場景塊的空間相似度達(dá)到一定值，且其中一塊的生長模型已完成計(jì)算，那么可以用已計(jì)算場景塊的數(shù)據(jù)代替未計(jì)算的場景塊，而不需重新計(jì)算場景塊，從而達(dá)到森林仿真加速的目的。2、該方法能根據(jù)視點(diǎn)到場景塊的距離自動選擇不同的相似度閾值，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的相似度閾值確定，保證場景塊替換具有較高的精確性。離視點(diǎn)越近的場景塊，它所需要的細(xì)節(jié)就要越豐富，且真實(shí)感要更強(qiáng)，那么能夠替換這塊分塊的其它塊必定需要跟這塊的相似度比較高；反之離視點(diǎn)越遠(yuǎn)的塊，用戶不需要很詳細(xì)地知道細(xì)節(jié)，只需要對場景有個稍微逼真的感官效果即可，那么能夠替換這塊分塊的其它分塊跟這塊分塊的相似度可以降低。附圖說明圖I是基于空間相似性的森林場景仿真流程圖。圖2是基于四叉樹的場景分割過程的示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述。參照圖I和圖2，一種，包括以下步驟I)、大規(guī)模森林仿真場景進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)所設(shè)置的初始化參數(shù)從外存數(shù)據(jù)庫中獲得整個場景可視化數(shù)據(jù)和森林空間的場景分布信息。所述的初始化參數(shù)包括樹木的數(shù)量、樹木的種類、初始年齡、樹的間距、生長年份和環(huán)境因子。所述的環(huán)境因子包括陽光、溫度、水分和土壤；所述的場景可視化數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、地形紋理、除樹木外的地物數(shù)據(jù)和天空場景數(shù)據(jù)；所述的森林空間的場景分布信息包括樹木的位置和初始影響圈大小。2)、對大規(guī)模森林場景空間數(shù)據(jù)進(jìn)行基于四叉樹的分割，將場景劃分成大小相等的塊，并建立一個內(nèi)外存調(diào)度的塊信息索引表，用于記錄所有場景塊的狀態(tài)信息。場景分塊是判斷各個分塊之間相似度的基礎(chǔ)。森林場景分割方法如圖2所示，首先用戶設(shè)定塊的最大寬度，這個值是對地形進(jìn)行四分的遞歸的判斷依據(jù)；然后，用自頂向下的方式，把整個森林場景作為根結(jié)點(diǎn)，從根結(jié)點(diǎn)出發(fā)判斷群落區(qū)域的寬度是否超過用戶設(shè)定的最大寬度，若不滿足則不分割并作為葉子結(jié)點(diǎn)，并對結(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息保存；否則，對根結(jié)點(diǎn)不斷遞歸分割相等的4個子結(jié)點(diǎn)區(qū)域，如果該結(jié)點(diǎn)有兄弟結(jié)點(diǎn)則同樣遞歸分割，直到不再滿足分割條件為止。最后將所有的葉子結(jié)點(diǎn)都保存在外存中。在森林生長仿真過程中，建立一個內(nèi)外存調(diào)度的塊信息索引表，用于記錄所有場景塊的狀態(tài)信息，并根據(jù)當(dāng)前視點(diǎn)區(qū)域參數(shù)的變化進(jìn)行動態(tài)更新。用一維指針數(shù)組B來存放數(shù)據(jù)塊的內(nèi)存地址，當(dāng)B=0時(shí)，表示第i塊的數(shù)據(jù)沒有載入內(nèi)存；當(dāng)B古O時(shí)，B的值表示數(shù)據(jù)塊所在內(nèi)存區(qū)的首地址，可以表示為權(quán)利要求1.ー種基于空間相似性的大規(guī)模森林場景快速生成方法，其特征在于所述快速生成方法包括以下步驟 1)大規(guī)模森林仿真場景進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置，井根據(jù)所設(shè)置的初始化參數(shù)從外存數(shù)據(jù)庫中獲得整個場景可視化數(shù)據(jù)和森林空間的場景分布信息，所述的初始化參數(shù)包括樹木的數(shù)量、樹木的種類、初始年齡、樹的間距、生長年份和環(huán)境因子； 所述的環(huán)境因子包括陽光、溫度、水分和土壌；所述的場景可視化數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、地形紋理、除樹木外的地物數(shù)據(jù)和天空場景數(shù)據(jù)；所述的森林空間的場景分布信息包括樹木的位置和初始影響圈大?。? 2)對大規(guī)模森林場景空間數(shù)據(jù)進(jìn)行基于四叉樹的分割，將場景劃分成大小相等的塊，并建立一個內(nèi)外存調(diào)度的塊信息索引表，用于記錄所有場景塊的狀態(tài)信息； 3)對森林場景的空間相似性進(jìn)行計(jì)算，并用ニ維數(shù)組記錄各個分塊之間的相似度，若場景塊之間相似度達(dá)到一定比例，則可以用在內(nèi)存中的已經(jīng)計(jì)算好的分塊代替待計(jì)算塊；若場景塊之間的相似度沒有達(dá)到一定比例，則對傳進(jìn)來的初始參數(shù)和知識進(jìn)行處理和存儲，并將處理后的這些參數(shù)用于計(jì)算植物的生長模型，得到植物的生長結(jié)果； 4)判斷場景分塊之間的相似度，如果場景分塊之間相似度達(dá)到一定比例，且本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于空間相似性的大規(guī)模森林場景快速生成方法，其特征在于：所述快速生成方法包括以下步驟：1）大規(guī)模森林仿真場景進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)所設(shè)置的初始化參數(shù)從外存數(shù)據(jù)庫中獲得整個場景可視化數(shù)據(jù)和森林空間的場景分布信息，所述的初始化參數(shù)包括：樹木的數(shù)量、樹木的種類、初始年齡、樹的間距、生長年份和環(huán)境因子；所述的環(huán)境因子包括：陽光、溫度、水分和土壤；所述的場景可視化數(shù)據(jù)包括：地形數(shù)據(jù)、地形紋理、除樹木外的地物數(shù)據(jù)和天空場景數(shù)據(jù)；所述的森林空間的場景分布信息包括：樹木的位置和初始影響圈大小；2）對大規(guī)模森林場景空間數(shù)據(jù)進(jìn)行基于四叉樹的分割，將場景劃分成大小相等的塊，并建立一個內(nèi)外存調(diào)度的塊信息索引表，用于記錄所有場景塊的狀態(tài)信息；3）對森林場景的空間相似性進(jìn)行計(jì)算，并用二維數(shù)組記錄各個分塊之間的相似度，若場景塊之間相似度達(dá)到一定比例，則可以用在內(nèi)存中的已經(jīng)計(jì)算好的分塊代替待計(jì)算塊；若場景塊之間的相似度沒有達(dá)到一定比例，則對傳進(jìn)來的初始參數(shù)和知識進(jìn)行處理和存儲，并將處理后的這些參數(shù)用于計(jì)算植物的生長模型，得到植物的生長結(jié)果；4）判斷場景分塊之間的相似度，如果場景分塊之間相似度達(dá)到一定比例，且其中的一個場景塊的生長模型已完成計(jì)算，那么可以用已計(jì)算場景塊的數(shù)據(jù)代替未計(jì)算的場景塊，而不需重新計(jì)算場景塊，從而快速得到植物的生物量；5）若場景分塊之間的相似度沒有達(dá)到一定比例，則進(jìn)行場景塊的生長模型計(jì)算，通過用戶傳遞進(jìn)來的初始參數(shù)數(shù)據(jù)確定基株，計(jì)算得到基株的影響圈范圍以及生物量，然后將三維樹木模型導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)森林場景的仿真，將可視化結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董天陽，夏佳佳，范菁，
申請(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：