利用可视化技术建立林分三维模型的探讨

栾忠平，刘巍巍，刘利全，杜天和

(1. 吉林省林业勘察设计研究院，吉林 长春 130022；2.吉林省林业调查规划院，吉林 长春 130022；3.集安市林业局，吉林 通化 134200；4. 乾安县林业局，吉林 松原 131400)

三维可视化技术是以计算机图像处理技术为基础，将地球表面某一地域的数据信息转为三维图形或图像的形式在屏幕上显示出来，并进行交互式处理的一种新技术[1]。可视化技术适用于任何有大量数据存在的场合，本质上并不局限于某种特定的应用[2]。虽然可视化技术出现的时间较短，但已广泛应用于各个领域，如地质勘查、油田开发、城市规划等[3]。

基于GIS原理和技术，构建出具有三维特征的林分模型，是林业地理信息系统的基础。近年来，虚拟森林场景的可视化技术正成为生态学、树木学、森林经济学等领域研究的热点，其对森林经营管理和决策、森林景观设计和森林教学等都具有重要意义。

1 数据获取及软件

1.1 数据

本试验采用吉林市二道林场周围的高分辩率航空遥感相片(4幅，经过正射校正，比例尺为1∶10000)的DEM数据

1.2 Super map deskpro .NET桌面软件

SuperMap GIS桌面平台产品是基于SuperMap GIS核心技术研制开发的一体化的GIS桌面软件，是SuperMap GIS系列产品的重要组成部分。该软件界面友好、简单易用，不仅可以很轻松地完成对空间数据的浏览、编辑、查询、制图、输出等操作，而且还能完成拓扑分析、三维建模、空间分析、网络分析等较高级的 GIS 功能。

2 林分三维模型的构建

2.1 林地三维模型的构建

2.1.1航片的正射校正

利用ERDAS9.1遥感图像处理的LPS模块，结合DEM影像对航空遥感图像进行正射校正处理。经过正射校正并合幅的遥感图像纠正了摄影测量过程中的各种形变，在3维模型构建时能够与地形图进行很好地叠加匹配[4～7]。图1为正射校正后拼接而成的遥感图像。

图1 正射校正后的遥感图像

2.1.2正射校正图像与DEM叠加步骤

运用正射校正后的航片数据与DEM进行叠加，建立二道林场的林地三维模型。

①打开SuperMap软件，在工作空间管理器栏中新建文件型数据源。主要操作为：右键单击数据源，选取新建文件型数据源并命名。

②向新建的数据源中导入二道林场的DEM数据。主要操作为：右键单击新建的数据源，选择“导入数据集”项，导入dem.ing数据，选取结果类型为GRID数据集，格式为IMG。图2是向新建的数据源中导入二道林场的DEM数据的过程。

图2 向新建的数据源中导入二道林场的DEM数据

③在数据源中打开DEM图像，如图3所示。

④导入正射校正后的航片图。方法操作同DEM数据导入。⑤将DEM数据及校正后的航空遥感影像导入新建场景，进行影像加载。主要操作为：右键单击场景，选择“新建场景”，将正射校正后的航空遥感图像及DEM数据添加到新场景中。图4为加载影像。

图3 DEM数据图

图4 DEM数据添加到新场景的操作过程

⑥双击图层管理器栏普通图层新生成的数据集，即为二道林场的林地三维模型(图5)。

图5 二道林场的林地三维模型

2.2 林分三维模型的构建

①打开导入DEM数据的数据源，在数据源中将新建点数据集添加到地图。主要操作为：右键单击之前建立的数据集，选择“新建数据集”，添加到当前地图，如图6所示。

图6 添加点数据集过程

②在图层管理器中右键单击点数据集为可编辑状态，再选取对象绘制的点，即可在二维平面图中添加林木坐标位点，如图7所示。

图7 平面图中添加完的林木坐标点

③将DEM数据及校正过的航空遥感影像及添加完林木坐标点的点数据集导入新建场景。

④对图层管理器中的点数据集进行风格设置，将添加的林木坐标点转换成林木三维模型。图8为将林木坐标点转化成三维模型的主要步骤。

图8 林木坐标点转化成三维模型的操作图

⑤双击图层管理器中的点数据集，即可生成林分的三维模型。生成的林分三维模型可以从多方位进行观测分析。图9～图13即为生成的不同角度的林分三维模型。

图9 林分三维模型图

图10 林分三维模型图

图11 林分三维模型图

图12 林分三维模型图

图13 林分三维模型图

3 小结与讨论

以吉林市二道林场为对象，利用SuperMap GIS桌面平台建立的林分三维模型图，实现了三维显示、交互测量、属性数据显示编辑等三维GIS的基本功能。可以直观地了解二道林场的地势、坡度、坡向、林班的各个小班分界及林相等，代替实物模型或沙盘用于试验研究以及林分的经营管理。

在建立三维模型过程中形成的矢量数据文件，可多次重服使用，为更好地构建二道林场的地理信息系统打下了基础。

由于本试验运用的数据资源有限，树种单一，林分的三维模型相对单一，无法区分各小班的林分。若树种资源较为丰富，可以运用多种树种建立模型，小班林分就可以很容易区分开来。

[1]赵驼,罗传文. 基于Skyline的三维网络地理信息系统的研究[J]. 森林工程,2013,29(3):110-114.

[2]张贵,洪晶波,谢绍锋.森林资源信息三维可视化研究与实现[J].中南林业科技大学学报, 2009, 29(2):49-54.

[3]刘海,张怀清.森林经营可视化模拟研究[J].世界林业研究, 2010, 23(1): 21-26.

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[7]李伟,贾宝全,王成,等.城市森林三维绿量研究现状与展望[J].世界林业研究, 2008, 21(4): 31-34.