一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法技术

一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法，该方法选择一株树冠发育较为规则的行道树樟树（1），并在该樟树前放置一红白相间刻度的标杆（5）作为相对定位，用普通数码相机给放置标杆的树冠拍摄一张数码照片，将该张数码照片导入SketchUp软件，在软件中按标杆刻度1：1放大，通过一系列SketchUp软件测定、直线和曲线、旋转、组件等工具，从一维点数据到二维线面再到三维树冠逐步建模；建模后根据对樟树的实测数据进行建模评价。本发明专利技术方法对樟树树冠三维可视化简单建模，显著提高了其树冠三维模拟可视化和信息化水平，加快了树冠虚拟化和数字化进程，解决了樟树树冠可视化和测计数字化的技术难题，降低了建模难度和成本，评估了模型参数。

【技术实现步骤摘要】
一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法
本专利技术涉及一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法，属可视化建模和树木测计学

技术介绍
樟树(Cinnamomumcamphora(L.)Presl.)是中国南方分布较广的树种之一。其树冠广卵形、广展和枝叶茂密等特点。集生态、药用和材用等多用途生态经济树种。树冠是林木重要组成部分，是光合同化、生态效益和品种选择等相关研究重要指标。三维树冠模型具可视化、信息化、数字化和形象化，为今后相关应用提供一种更加丰富的信息。过去的三维树木建模多以复杂的计算或点云三维数据建模。但上述诸法有下列缺点和不足：（1）点云数据精确建模难度较大，且成本较高，建模速度较慢；（2）复杂计算三维坐标建模相对运算和难度也较大，模型是形态图形图像模型，没有三维模型参数；（3）相对复杂的计算和三维坐标大数据采集，非专业人员掌握较难；（4）怎样快速简单地建立较为规则树冠三维模型，降低难度和成本，并获得树冠三维可视化模型及模型参数，为开展相关研究及评估提供一种方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是，根据现有过去的三维树木建模存在的缺陷，本专利技术提供一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法。实现本专利技术的技术方案是，选择一株树冠发育较为规则的行道树樟树，并在该樟树前放置一红白相间刻度的标杆作为相对定位，用普通数码相机给放置标杆的树冠拍摄一张数码照片，将该张数码照片导入SketchUp软件，在软件中按标杆刻度1：1放大，通过一系列SketchUp软件测定、直线和曲线、旋转、组件等工具，从一维点数据到二维线面再到三维树冠逐步建模。并用软件图元信息自动获得三维树冠表面积和体积参数数据，最后比较模型参数。所述相对定位就是红白相间刻度标杆放置与树冠相切当不能遮挡标杆刻度。树冠数码SketchUp建模如下：将数码照片导入SketchUp软件中，并按标杆刻度1：1方法放大该树冠数码照片；用软件直线工具绘制出树冠冠高，用软件自动直线中点识别工具将树冠冠高直线9分点8分段冠高控制点，使用直线工具依次绘制出9分点8分段各等高点树冠冠幅宽度直线，即通过所述绘制出树冠平面线形简图。通过软件图元信息可自动获得各树冠等冠高点冠幅宽度数据，通过简单的数学计算出1/2冠幅宽度数据，即获得建模树冠另一树冠冠幅控制点数据；通过软件绘制树冠冠高直线，并在软件度量栏输入冠高数据精确得到冠高直线；采用软件拆分工具将冠高直线自动8等分即9分点8分段，再在冠高直线点自上而下依次在软件度量栏输入1/2冠幅宽度数据精确得到半冠幅直线；最后采用软件曲线工具三点一曲线自上而下连接冠幅点，即绘制待旋转二维1/2半冠幅平面旋转初图，再用软件擦除工具擦除掉初图中冠幅直线，最终获得待旋转二维1/2半冠幅平面旋转图封图。再以封图最下端冠幅为半径绘制一与封图垂直且相交的圆，采用路径跟随工具选中封图使其绕圆一周，即获得三维立体可视化树冠模型，再用图元信息工具自动获得模型表面积参数数据；采用组件工具将模型组成一个组件元件，再用图元信息工具自动获得模型体积参数数据。实测樟树树冠冠高和东西与南北冠幅数据。依实际情况分段测定，并按冠幅冠型和冠幅均值按几何公式法计算出树冠几何体表面积和体积。公式法计算表面积和体积数据与三维立体可视化树冠模型参数比较，评估模型可靠性和可行性。本专利技术的有益效果是，本专利技术方法对樟树树冠三维可视化简单建模，显著提高了其树冠三维模拟可视化和信息化水平，加快了树冠虚拟化和数字化进程，解决了樟树树冠可视化和测计数字化的技术难题，降低了建模难度和成本，评估了模型参数。附图说明图1为本专利技术樟树树冠三维可视化简单建模示意图；图中，1是树冠数码1:1放大及树冠较为规则樟树；2是树冠按等高9分点8分段及每段树冠冠高1/2冠幅宽度；3是冠幅曲线构成1/2曲面树冠旋转封图；4是樟树树冠SketchUp四部分三维可视图；5是红白相间刻度标杆。具体实施方式本专利技术的具体实施方式如图1所示。本专利技术实施例选择一株四周无遮挡且树冠发育良好较为对称规则的行道树樟树。该单株树高5m，实测树冠高度3.3米。如图1中樟树1所示。选择高红白相间刻度标杆5，标杆定位将带有红白相间刻度标杆放置恰好与树冠相切但未挡标杆刻度，并固定标杆5。在选择晴好光线良好天气，普通数码相机树冠拍照。并具树冠一定距离，并使树冠中央处在相片视野中央，获得树冠一张数码照片。实测树冠数据获得公式法计算参数，用钢卷尺按树冠一定分段分别测量树冠高度和南北及东西冠幅，为公式法计算取得数据。表1为树冠各分段生长测定数据及几何体参数。由图1可知，Sketchup软件设置精度(0.000cm)，数码导入Sketchup软件并按标杆高度将数码照片1：1在软件中放大。数码照片放大后采用软件测量等工具，可测定自动获得树冠高度和冠幅数据，将树冠按等高9分点8分段获得相应冠高和冠幅1/2数据，如图1中的2所示。分别获得建立二维平面图树冠高度和冠幅宽度控制点点数据，软件曲线工具三点一曲线获得二维1/2半冠幅平面旋转封图，如图1中3所示。最后采用SketchUp旋转工具旋转平面图，即所得可视化樟树树冠四部分三维3D图，如图1中4所示。树冠模型评价是利用Sketchup软件组件和图元信息等工具软件自动计算出的樟树树冠各部分可视化三维模型树冠表面积和体积参数：树冠41的表面积S41为35929.941cm2,体积V41为614374.922cm3；树冠42的表面积S42为68765.825cm2，体积V42为3387540.429cm3；树冠43的表面积S43为71863.932cm2，体积V43为4755032.433cm3；树冠44的表面积S44为64585.156cm2，体积V44为3360619.362cm3；由此，可视化三维模型树冠树冠的总表面积S总为241144.85cm2；总体积V总为12117567cm3。评估模型：由图1可知，9分点4分段法樟树树冠可视化三维3D模型，其表面积和体积分别约24.1m2和12.1m3。而由表1几何公式法实测后计算，体积（12.2m3）,模型体积与表1几何公式法体积偏差较小，约-0.1m3为-8‰。与表1几何公式法表面积（23.9m2）偏差也较小，约0.2m2为8‰。该法模型精度相对较高，对于树冠模型和模型参数较为对称规则的樟树是可靠和可行的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法，其特征在于，所述方法选择一株树冠发育较为规则的行道树樟树，并在该樟树前放置一红白相间刻度的标杆作为相对定位，用普通数码相机给放置标杆的树冠拍摄一张数码照片，将该张数码照片导入SketchUp软件，在软件中按标杆刻度1：1放大，通过一系列SketchUp软件测定、直线和曲线、旋转、组件等工具，从一维点数据到二维线面再到三维树冠逐步建模；建模后再进行建模评价。

【技术特征摘要】
1.一种樟树树冠三维可视化简单建模及其模型评价方法，其特征在于，所述方法选择一株树冠发育较为规则的行道树樟树，并在该樟树前放置一红白相间刻度的标杆作为相对定位，用普通数码相机给放置标杆的树冠拍摄一张数码照片，将该张数码照片导入SketchUp软件，在软件中按标杆刻度1：1放大，通过一系列SketchUp软件测定、软件直线工具、软件拆分工具、软件曲线工具、软件擦除工具、路径跟随工具、图元信息工具、组件工具，从一维点数据到二维线面再到三维树冠逐步建模；建模后再进行建模评价；所述建模步骤为：(1)将数码照片导入SketchUp软件中，并按标杆刻度1：1方法放大该树冠数码照片；用软件直线工具绘制出树冠冠高，用软件自动直线中点识别工具将树冠冠高直线9分点8分段冠高控制点，使用直线工具依次绘制出9分点8分段各等高点树冠冠幅宽度直线，即可绘制出树冠平面线形简图；(2)通过软件图元信息可自动获得各树冠等冠高点冠幅宽度数据，通过简单的数学计算出1/2冠幅宽度数据，即获得建模树冠另一树冠冠幅控制点数据；通过软件绘制树冠冠高直...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦强，余发新，高柱，孙小艳，钟永达，
申请(专利权)人：江西省科学院生物资源研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36