一种森林单体化建模与轻量化方法

技术领域

本发明涉及森林建模技术领域，尤其涉及一种森林单体化建模与轻量化方法。

背景技术

三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其他视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。现在，三维模型已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影；视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其他应用领域；在最近几十年，地球科学领域开始构建三维地质模型。

现有的技术中，在对森林树木进行建模的过程中，由于森林树木的种类繁多，且树木的形状不太规整，因此在进行建模的过程中，如果需要保持森林建模的真实性，则需要针对不同规格的树木进行数据采集，并且每个树木需要采集的数据也很多，这样在处理的过程中会产生大量的建模数据，一方面在实际应用时，大量的数据堆积会导致运行速度较慢，降低使用感受，一方面在建模处理过程中会增加工作量，降低了建模效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种森林单体化建模与轻量化方法，能够在保证森林建模的真实性和应用有效性的基础上，提高建模过程的效率和精准度，以解决现有的森林树木建模领域数据处理量大以及应用的有效性低的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种森林单体化建模与轻量化方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，选取待建模森林区域内的单体树木的建模样本；

步骤S2，设定建模样本的建模参数，并根据建模参数设定对应的建模匹配值；

步骤S3，获取其他单体树木的基础建模参数，根据其他单体树木的基础建模参数与建模样本的建模匹配值进行综合处理得到其他单体树木的建模参数；

步骤S4，获取单体树木的位置信息和方位信息，并根据位置信息和建模参数对其他森林单体进行建模位置匹配。

进一步地，所述步骤S1还包括如下子步骤：

步骤A1，将待建模森林区域内的树木进行种类区分；

步骤A2，然后对每一类树木进行单体树木建模样本的获取，以单体树木距离地面第一高度的位置获取每个种类内若干单体树木的直径，然后求出每个种类的单体树木平均直径，选取该种类的单体树木的直径与平均直径的差值在第一相差阈值范围内的若干单体树木作为建模样本，并将该种类的单体树木的平均直径作为建模样本的树干直径。

进一步地，所述步骤S2还包括步骤B1，所述步骤B1包括：获取建模样本中若干单体树木的主干高度、树木高度以及遮盖半径；

其中，在获取主干高度时，将该单体树木与地面贴合的位置设置为主干起点，选取该单体树木距离主干起点最近的一条分支与主干的交点作为主干终点，将主干起点与主干终点之间的距离设置为主干高度，然后求取建模样本中的若干单体树木的主干高度的平均值作为该建模样本的主干高度；

在获取树木高度时，选取该单体树木最高点的位置作为高度终点，将主干起点与高度终点之间的距离设置为该单体树木的树木高度，然后求取建模样本中的若干单体树木的树木高度的平均值作为该建模样本的树木高度；

在获取遮盖半径时，将该单体树木的主干中心设置为遮盖半径的中心，在从该单体树木的俯视角度的轮廓外围选取若干半径参照点，获取遮盖半径的中心与若干半径参照点之间的距离，计算遮盖半径的中心与若干半径参照点之间的距离的平均值，并将该平均值设定为该单体树木的遮盖半径，然后求取建模样本中的若干单体树木的遮盖半径的平均值作为该建模样本的遮盖半径。

进一步地，所述步骤S2还包括步骤B2，所述步骤B2包括：将建模样本的树干直径和建模样本的主干高度代入到主干高度建模匹配公式中求取主干高度建模匹配值；

将建模样本的树干直径和建模样本的树木高度代入到树木高度建模匹配公式中求取树木高度建模匹配值；

将建模样本的树干直径和建模样本的遮盖半径代入到遮盖半径建模匹配公式中求取遮盖半径建模匹配值。

进一步地，所述主干高度建模匹配公式配置为：

进一步地，所述步骤S3还包括如下子步骤：

步骤C1，所述步骤C1包括：获取同一种类中的若干单体树木的直径由小到大划分为若干等级；

步骤C2，所述步骤C2包括：获取每个等级内若干单体树木直径的平均值作为该等级的平均直径；

步骤C3，所述步骤C3包括：将该等级的平均直径分别与主干高度建模匹配值、树木高度建模匹配值以及遮盖半径建模匹配值相乘得到该等级的主干高度、树木高度以及遮盖半径，每个等级内的若干单体树木均按照该等级的平均直径、主干高度、树木高度以及遮盖半径进行参数设定。

进一步地，所述步骤S4还包括如下子步骤：步骤D1，所述步骤D1包括：获取每个单体树木的位置、海拔高度以及主干方位；

步骤D2，所述步骤D2包括：将每个等级内的树木按照该等级的平均直径、主干高度、树木高度以及遮盖半径进行建模；

步骤D3，所述步骤D3包括：将建模后的单体树木根据其位置和海拔高度进行建模位置确认，然后根据其主干方位调整主干角度。

本发明的有益效果：本发明首先选取待建模森林区域内的单体树木的建模样本；然后设定建模样本的建模参数，并根据建模参数设定对应的建模匹配值；再获取其他单体树木的基础建模参数，根据其他单体树木的基础建模参数与建模样本的建模匹配值进行综合处理得到其他单体树木的建模参数；最后获取单体树木的位置信息和方位信息，并根据位置信息和建模参数对其他森林单体进行建模位置匹配，本发明通过对单体的树木进行量化的建模参数匹配，并为其他单体树木设定参照匹配数值，从而能够降低数据采集的数量，降低数据处理的工作量，同时能够提高不同种类树木的建模匹配精准度，保证建模的真实性，同时能够降低应用过程中由于数据堆积导致卡顿的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的方法的流程图；

图2为本发明的步骤S1的子步骤局部流程图；

图3为本发明的步骤S2的子步骤局部流程图；

图4为本发明的步骤S3的子步骤局部流程图；

图5为本发明的步骤S4的子步骤局部流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供一种森林单体化建模与轻量化方法，能够在保证森林建模的真实性和应用有效性的基础上，提高建模过程的效率和精准度，以解决现有的森林树木建模领域数据处理量大以及应用的有效性低的问题。

所述方法包括如下步骤：步骤S1，选取待建模森林区域内的单体树木的建模样本；所述步骤S1还包括如下子步骤：步骤A1，将待建模森林区域内的树木进行种类区分；步骤A2，然后对每一类树木进行单体树木建模样本的获取，以单体树木距离地面第一高度的位置获取每个种类内若干单体树木的直径，然后求出每个种类的单体树木平均直径，选取该种类的单体树木的直径与平均直径的差值在第一相差阈值范围内的若干单体树木作为建模样本，并将该种类的单体树木的平均直径作为建模样本的树干直径；

其中，每一类树木的第一高度的选择标准并不一致，例如高大的树木的第一高度的选取标准要大于矮小树木的第一高度的选取标准，能够保证测量出的直径与该树木的实际生长周期进行匹配，通常第一高度的选择在0.5m-2m之间，同时，选取直径作为基础的参考参数是由于树干的直径能够与该树木的生长年限息息相关，因此不同树木的直径能够与其生长的各种参数进行匹配。

请参阅图3，步骤S2，设定建模样本的建模参数，并根据建模参数设定对应的建模匹配值；所述步骤S2还包括步骤B1，所述步骤B1包括：获取建模样本中若干单体树木的主干高度、树木高度以及遮盖半径；其中，主干高度与树木高度之间的差值代表了树木的枝叶主要生长范围，再加上遮盖半径，则能准确地反映出该树木的主要建模骨架。

其中，在获取主干高度时，将该单体树木与地面贴合的位置设置为主干起点，选取该单体树木距离主干起点最近的一条分支与主干的交点作为主干终点，将主干起点与主干终点之间的距离设置为主干高度，然后求取建模样本中的若干单体树木的主干高度的平均值作为该建模样本的主干高度；主干上尽量是没有枝叶的，这样在建模时能够更加精准地反应出树木的整体形状。

在获取树木高度时，选取该单体树木最高点的位置作为高度终点，将主干起点与高度终点之间的距离设置为该单体树木的树木高度，然后求取建模样本中的若干单体树木的树木高度的平均值作为该建模样本的树木高度；在获取遮盖半径时，将该单体树木的主干中心设置为遮盖半径的中心，在从该单体树木的俯视角度的轮廓外围选取若干半径参照点，获取遮盖半径的中心与若干半径参照点之间的距离，计算遮盖半径的中心与若干半径参照点之间的距离的平均值，并将该平均值设定为该单体树木的遮盖半径，然后求取建模样本中的若干单体树木的遮盖半径的平均值作为该建模样本的遮盖半径。通过树木高度和遮盖半径，在具体的建模过程中，尽量以树木高度的最高点为顶点，树木的遮盖半径为底面半径画出一个圆锥形的树木枝叶的范围，同时树木的顶点、遮盖半径的圆心以及主干的中心在一条直线上，具体的在绘制过程中圆锥形的树木枝叶范围可以进行删减或补充调整，具体参考不同种类树木的枝叶生长形状来设定。

所述步骤S2还包括步骤B2，所述步骤B2包括：将建模样本的树干直径和建模样本的主干高度代入到主干高度建模匹配公式中求取主干高度建模匹配值；所述主干高度建模匹配公式配置为：

请参阅图4，步骤S3，获取其他单体树木的基础建模参数，根据其他单体树木的基础建模参数与建模样本的建模匹配值进行综合处理得到其他单体树木的建模参数；所述步骤S3还包括如下子步骤：步骤C1，所述步骤C1包括：获取同一种类中的若干单体树木的直径由小到大划分为若干等级；步骤C2，所述步骤C2包括：获取每个等级内若干单体树木直径的平均值作为该等级的平均直径；步骤C3，所述步骤C3包括：将该等级的平均直径分别与主干高度建模匹配值、树木高度建模匹配值以及遮盖半径建模匹配值相乘得到该等级的主干高度、树木高度以及遮盖半径，每个等级内的若干单体树木均按照该等级的平均直径、主干高度、树木高度以及遮盖半径进行参数设定。具体的，在设定等级时，可以参考不同种类树木的生长规格来设定，生长规格越大的等级划分越多，生长规格越小的等级划分越少，这样能够在提高不同种类树木在建模时的真实性的同时，降低了数据处理量。

请参阅图5，步骤S4，获取单体树木的位置信息和方位信息，并根据位置信息和建模参数对其他森林单体进行建模位置匹配；所述步骤S4还包括如下子步骤：步骤D1，所述步骤D1包括：获取每个单体树木的位置、海拔高度以及主干方位；步骤D2，所述步骤D2包括：将每个等级内的树木按照该等级的平均直径、主干高度、树木高度以及遮盖半径进行建模；步骤D3，所述步骤D3包括：将建模后的单体树木根据其位置和海拔高度进行建模位置确认，然后根据其主干方位调整主干角度，增加主干方位能够进一步还原单体树木在建模时真实度。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。