利用可視化技術(shù)建立林分三維模型的探討

欒忠平，劉巍巍，劉利全，杜天和

(1. 吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林 長春 130022；2.吉林省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，吉林 長春 130022；3.集安市林業(yè)局，吉林 通化 134200；4. 乾安縣林業(yè)局，吉林 松原 131400)

三維可視化技術(shù)是以計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，將地球表面某一地域的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)為三維圖形或圖像的形式在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互式處理的一種新技術(shù)[1]。可視化技術(shù)適用于任何有大量數(shù)據(jù)存在的場合，本質(zhì)上并不局限于某種特定的應(yīng)用[2]。雖然可視化技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間較短，但已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如地質(zhì)勘查、油田開發(fā)、城市規(guī)劃等[3]。

基于GIS原理和技術(shù)，構(gòu)建出具有三維特征的林分模型，是林業(yè)地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。近年來，虛擬森林場景的可視化技術(shù)正成為生態(tài)學(xué)、樹木學(xué)、森林經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其對森林經(jīng)營管理和決策、森林景觀設(shè)計(jì)和森林教學(xué)等都具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)獲取及軟件

1.1 數(shù)據(jù)

本試驗(yàn)采用吉林市二道林場周圍的高分辯率航空遙感相片(4幅，經(jīng)過正射校正，比例尺為1∶10000)的DEM數(shù)據(jù)

1.2 Super map deskpro .NET桌面軟件

SuperMap GIS桌面平臺產(chǎn)品是基于SuperMap GIS核心技術(shù)研制開發(fā)的一體化的GIS桌面軟件，是SuperMap GIS系列產(chǎn)品的重要組成部分。該軟件界面友好、簡單易用，不僅可以很輕松地完成對空間數(shù)據(jù)的瀏覽、編輯、查詢、制圖、輸出等操作，而且還能完成拓?fù)浞治觥⑷S建模、空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析等較高級的 GIS 功能。

2 林分三維模型的構(gòu)建

2.1 林地三維模型的構(gòu)建

2.1.1航片的正射校正

利用ERDAS9.1遙感圖像處理的LPS模塊，結(jié)合DEM影像對航空遙感圖像進(jìn)行正射校正處理。經(jīng)過正射校正并合幅的遙感圖像糾正了攝影測量過程中的各種形變，在3維模型構(gòu)建時(shí)能夠與地形圖進(jìn)行很好地疊加匹配[4～7]。圖1為正射校正后拼接而成的遙感圖像。

圖1 正射校正后的遙感圖像

2.1.2正射校正圖像與DEM疊加步驟

運(yùn)用正射校正后的航片數(shù)據(jù)與DEM進(jìn)行疊加，建立二道林場的林地三維模型。

①打開SuperMap軟件，在工作空間管理器欄中新建文件型數(shù)據(jù)源。主要操作為：右鍵單擊數(shù)據(jù)源，選取新建文件型數(shù)據(jù)源并命名。

②向新建的數(shù)據(jù)源中導(dǎo)入二道林場的DEM數(shù)據(jù)。主要操作為：右鍵單擊新建的數(shù)據(jù)源，選擇“導(dǎo)入數(shù)據(jù)集”項(xiàng)，導(dǎo)入dem.ing數(shù)據(jù)，選取結(jié)果類型為GRID數(shù)據(jù)集，格式為IMG。圖2是向新建的數(shù)據(jù)源中導(dǎo)入二道林場的DEM數(shù)據(jù)的過程。

圖2 向新建的數(shù)據(jù)源中導(dǎo)入二道林場的DEM數(shù)據(jù)

③在數(shù)據(jù)源中打開DEM圖像，如圖3所示。

④導(dǎo)入正射校正后的航片圖。方法操作同DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入。⑤將DEM數(shù)據(jù)及校正后的航空遙感影像導(dǎo)入新建場景，進(jìn)行影像加載。主要操作為：右鍵單擊場景，選擇“新建場景”，將正射校正后的航空遙感圖像及DEM數(shù)據(jù)添加到新場景中。圖4為加載影像。

圖3 DEM數(shù)據(jù)圖

圖4 DEM數(shù)據(jù)添加到新場景的操作過程

⑥雙擊圖層管理器欄普通圖層新生成的數(shù)據(jù)集，即為二道林場的林地三維模型(圖5)。

圖5 二道林場的林地三維模型

2.2 林分三維模型的構(gòu)建

①打開導(dǎo)入DEM數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源，在數(shù)據(jù)源中將新建點(diǎn)數(shù)據(jù)集添加到地圖。主要操作為：右鍵單擊之前建立的數(shù)據(jù)集，選擇“新建數(shù)據(jù)集”，添加到當(dāng)前地圖，如圖6所示。

圖6 添加點(diǎn)數(shù)據(jù)集過程

②在圖層管理器中右鍵單擊點(diǎn)數(shù)據(jù)集為可編輯狀態(tài)，再選取對象繪制的點(diǎn)，即可在二維平面圖中添加林木坐標(biāo)位點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 平面圖中添加完的林木坐標(biāo)點(diǎn)

③將DEM數(shù)據(jù)及校正過的航空遙感影像及添加完林木坐標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)據(jù)集導(dǎo)入新建場景。

④對圖層管理器中的點(diǎn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行風(fēng)格設(shè)置，將添加的林木坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成林木三維模型。圖8為將林木坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成三維模型的主要步驟。

圖8 林木坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成三維模型的操作圖

⑤雙擊圖層管理器中的點(diǎn)數(shù)據(jù)集，即可生成林分的三維模型。生成的林分三維模型可以從多方位進(jìn)行觀測分析。圖9～圖13即為生成的不同角度的林分三維模型。

圖9 林分三維模型圖

圖10 林分三維模型圖

圖11 林分三維模型圖

圖12 林分三維模型圖

圖13 林分三維模型圖

3 小結(jié)與討論

以吉林市二道林場為對象，利用SuperMap GIS桌面平臺建立的林分三維模型圖，實(shí)現(xiàn)了三維顯示、交互測量、屬性數(shù)據(jù)顯示編輯等三維GIS的基本功能?？梢灾庇^地了解二道林場的地勢、坡度、坡向、林班的各個小班分界及林相等，代替實(shí)物模型或沙盤用于試驗(yàn)研究以及林分的經(jīng)營管理。

在建立三維模型過程中形成的矢量數(shù)據(jù)文件，可多次重服使用，為更好地構(gòu)建二道林場的地理信息系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。

由于本試驗(yàn)運(yùn)用的數(shù)據(jù)資源有限，樹種單一，林分的三維模型相對單一，無法區(qū)分各小班的林分。若樹種資源較為豐富，可以運(yùn)用多種樹種建立模型，小班林分就可以很容易區(qū)分開來。

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