《面向森林生长的建模、计算和仿真技术》以虚拟森林仿真中的生长计算加速和场景快速可视化技术为线索，结合森林生长的知识建模和数据组织，详细阐述虚拟森林快速仿真方向研究的前沿技术。《面向森林生长的建模、计算和仿真技术》共7章，第1章介绍森林生长仿真技术的发展与现状，引出森林生长仿真中存在的问题；第2章描述森林生长仿真的知识表达，通过对森林知识建模为虚拟森林生长的快速仿真提供基础；第3章阐述大规模森林场景数据的组织算法；第4章介绍大规模虚拟森林生长模型的加速计算；第5章从三维树木叶片模型简化、大规模森林场景的快速漫游算法等方面介绍支持虚拟森林快速仿真的可视化技术；第6章探讨一种基于LiDAR点云数据的单木检测算法；第7章探讨虚拟森林仿真系统的构件化集成技术。
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目录
“智能科学技术著作丛书”序
前言
第1章 森林生长仿真技术的发展与现状 1
1.1 森林生长仿真技术的发展 1
1.2 森林生长仿真技术的现状 1
1.2.1 森林生长仿真的建模算法 2
1.2.2 森林生长仿真的形态表示技术 11
1.2.3 森林生长仿真数据的管理 17
1.2.4 森林生长仿真系统的构建 19
1.2.5 主要研究工作 21
第2章 森林生长仿真的知识表达 23
2.1 森林中植物群落的基础知识 23
2.1.1 植物群落生长的知识框架 23
2.1.2 植物群落知识建模概述 24
2.1.3 植物群落知识建模的特点 25
2.2 森林中植物群落知识的本体表达算法 25
2.2.1 植物群落知识建模的本体表达算法 25
2.2.2 植物群落知识的OWL描述 29
2.3 森林中植物个体生长环境影响模型的建立及表达 30
2.3.1 个体生长的植物学知识 30
2.3.2 植物学知识的本体表达 34
2.3.3 环境影响模型的建立 40
2.3.4 环境影响模型的本体表达 44
2.4 森林中植物种群生长模型的建立及表达 46
2.4.1 种内竞争模型的建立及表达 46
2.4.2 种间竞争模型的建立及表达 49
2.4.3 植物种群生长模型的建立及表达 51
2.5 基于本体的森林群落知识库的构建与实现 54
2.5.1 基于本体的森林群落知识库的构建 54
2.5.2 基于本体的森林群落知识库的实现 55
2.6 本章小结 58
第3章 大规模森林场景数据的组织算法 59
3.1 场景数据的分割 59
3.2 树木与场景信息数据的外存存储 60
3.2.1 树木信息数据 60
3.2.2 场景信息数据 64
3.2.3 外存数据关联 66
3.3 树木与场景信息数据的内存存储 67
3.3.1 树木信息数据 68
3.3.2 场景信息数据 74
3.4 本章小结 74
第4章 大规模虚拟森林生长模型的加速计算 75
4.1 虚拟森林生长计算框架 75
4.2 数据调度优化的虚拟森林场景生长模型快速求解 76
4.3 利用空间相似性的森林生长加速计算 84
4.3.1 森林场景空间尺度上的相似性计算 85
4.3.2 利用空间相似性的大规模森林场景快速生成 89
4.3.3 实验结果分析 93
4.4 基于CUDA的森林演化并行加速计算 96
4.4.1 森林演化并行加速思想的提出 97
4.4.2 种子分布并行优化计算 100
4.4.3 成年树竞争的多分辨率GPU计算加速 111
4.5 本章小结 120
第5章 支持虚拟森林快速仿真的可视化技术 121
5.1 基于树叶简化的多分辨率树木模型建立算法 121
5.1.1 三维树木叶片模型简化中的分治策略 121
5.1.2 基于视觉感知的树叶简化排序策略 124
5.1.3 保持视觉感知的树叶相似性的计算 125
5.1.4 应用分析 128
5.2 几何与图像混合的三维树木模型轻量化算法 133
5.2.1 基于视觉感知的三维树木混合轻量化表达模型构建 134
5.2.2 动态视点下保持视觉感知的三维树木模型即时重构 140
5.2.3 实验结果分析 144
5.3 大规模森林场景的快速漫游算法 152
5.3.1 基于视点的调度算法 152
5.3.2 场景数据的并行调度 153
5.4 本章小结 156
第6章 基于LiDAR点云数据的单木检测算法 157
6.1 基本流程 158
6.2 基于梯度方向聚类的LiDAR点云数据单木检测算法 159
6.2.1 LiDAR点云数据栅格化 159
6.2.2 基于方向梯度的聚类 161
6.2.3 单木的选取和参数的确定 162
6.3 实验数据 163
6.4 实验结果分析 164
6.4.1 检测结果演示 165
6.4.2 各个实验区域的检测结果 166
6.4.3 总体检测结果 169
6.4.4 不同森林类型的检测结果 170
6.5 本章小结 170
第7章 虚拟森林仿真系统的构件化集成技术 171
7.1 虚拟森林仿真构件的设计 171
7.1.1 仿真构件规格 171
7.1.2 仿真构件接口 174
7.1.3 仿真构件实现 175
7.2 业务流程驱动的虚拟森林仿真构件组装与集成算法 176
7.2.1 仿真构件组装框架设计 176
7.2.2 仿真构件组装与集成 179
7.3 本章小结 183
参考文献 184
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