[發明專利]基于空間相似性的大規模森林場景快速生成方法

有效

• 申請號: 201210300588.3
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102855661A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 董天陽;夏佳佳;范菁
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及森林場景生成技術，尤其是一種森林場景生成方法。

背景技術

由于森林場景的格局、過程及相互關系的復雜性，很難對其進行直接的實驗，采用計算機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生長特征和環境影響，來預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行模擬。大規模森林場景動態仿真不僅要存儲每一棵樹木的信息，而且還要計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，其計算過程復雜，計算量也非常巨大，大規模森林生長仿真的應用和研究受到了極大的制約。

在森林場景的可視化時，目前用來可視化建模的技術主要有細節層次模型（LOD）和基于圖像的繪制方法。細節層次技術是基于幾何的繪制方法，可以很好地表達樹的幾何模型結構。基于圖像的繪制方法是近年來人們廣泛關注的另一種實現高度真實感虛擬場景的實時繪制技術，它的優點是使用紋理代替真實的模型，從而能大規模降低模型的復雜度，但是與基于幾何的模型相比，在視覺效果上出現失真。為了進一步加速森林場景可視化，現有的可視化仿真技術還結合可見性裁剪、數據預取等方法來實現數據的動態調度，減少內存占用，提高繪制效率。

發明內容

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，本發明提供一種快速性良好、精確性強的基于空間相似性的大規模森林場景快速生成方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于空間相似性的大規模森林場景快速生成方法，所述快速生成方法包括以下步驟：

1）大規模森林仿真場景進行初始化參數設置，并根據所設置的初始化參數從外存數據庫中獲得整個場景可視化數據和森林空間的場景分布信息，所述的初始化參數包括：樹木的數量、樹木的種類、初始年齡、樹的間距、生長年份和環境因子；所述的環境因子包括：陽光、溫度、水分和土壤；所述的場景可視化數據包括：地形數據、地形紋理、除樹木外的地物數據和天空場景數據；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）對大規模森林場景空間數據進行基于四叉樹的分割，將場景劃分成大小相等的塊，并建立一個內外存調度的塊信息索引表，用于記錄所有場景塊的狀態信息；

3）對森林場景的空間相似性進行計算，并用二維數組記錄各個分塊之間的相似度，若場景塊之間相似度達到一定比例，則可以用在內存中的已經計算好的分塊代替待計算塊；若場景塊之間的相似度沒有達到一定比例，則對傳進來的初始參數和知識進行處理和存儲，并將處理后的這些參數用于計算植物的生長模型，得到植物的生長結果；

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到一定比例，且其中的一個場景塊的生長模型已完成計算，那么可以用已計算場景塊的數據代替未計算的場景塊，而不需重新計算場景塊，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到一定比例，則進行場景塊的生長模型計算，通過用戶傳遞進來的初始參數數據確定基株，計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入實現森林場景的仿真，將可視化結果呈現給用戶。

本發明的技術構思為：現有的方法加速了森林生長模型計算和可視化，但是這些方法沒有充分利用在內存中的已經計算好的數據。如果能通過場景之間的相似性，充分利用在內存中已經計算好的數據替代當前需要計算的數據，那么仿真速度將大大提高。森林生長仿真的不同區域的場景可能會有類似的生長環境，場景之間會存在一定的相似性，那么當森林生長仿真精度要求不高時，可以利用這種相似性來加速植物生長模型計算和可視化繪制的過程，且充分利用了在內存中的已經計算好的數據，提高了內存利用率，從而達到森林仿真加速的目的。

本發明的有益效果主要表現在：1、基于空間相似性的大規模森林場景快速生成方法能分別從植物生長密度、地形特征及環境因子等相似度指標進行空間相似性的分析和判斷。當兩個場景塊的空間相似度達到一定值，且其中一塊的生長模型已完成計算，那么可以用已計算場景塊的數據代替未計算的場景塊，而不需重新計算場景塊，從而達到森林仿真加速的目的。

2、該方法能根據視點到場景塊的距離自動選擇不同的相似度閾值，實現自適應的相似度閾值確定，保證場景塊替換具有較高的精確性。離視點越近的場景塊，它所需要的細節就要越豐富，且真實感要更強，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；反之離視點越遠的塊，用戶不需要很詳細地知道細節，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。