光照對數(shù)字樹木生長影響研究綜述

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1、光照對數(shù)字樹木生長影響研究綜述作者：鄧擎瓊張曉鵬雷相東【摘要】光是影響樹木生長的重要環(huán)境因子。模擬光對樹木生長的影響，可以用于虛擬林業(yè)生產(chǎn)及模擬生態(tài)環(huán)境變化的試驗，這對林業(yè)和景觀的發(fā)展研究、對林業(yè)、景觀和土地等資源的利用和環(huán)境建設都有著重要的指導意義。本文首先介紹了理想環(huán)境條件下的主要的數(shù)字植物生長模型，并在此基礎上，引出了考慮光照影響的植物生長模型。這些模型根據(jù)模擬現(xiàn)象的不同，可分為兩類：第一類模型模擬的是光照對樹枝生長方向及樹芽存活概率的影響；而第二類是近幾年才開展，現(xiàn)在正蓬勃發(fā)展的可用于模擬光照對樹木光合作用影響的植物生長模型。本文按時間順序，分別介紹了兩類模型中的突出

2、工作和技術成果，并分析了它們的優(yōu)缺點，最后對這一研究課題的進一步的發(fā)展趨勢進行了討論?！娟P鍵詞】樹木；生長模型；光照模擬；虛擬林業(yè)Abstract:Lightisakeyenvironmentalfactortothegrowthoftrees.Theexperimentofsimulationoflighteffectontreegrowthcanbeusedforthepredictionofproductioninvirtual22forestryandthatfortheecologicalandenvironmentalchanges,whicharesignifi

3、cantlyimportantfordirectingtheresearchofdevelopmentofforestandlandscape,theuseofnaturalresource,suchasforest,landscapeandland,andwhichisimportanttoenvironmentalplanningalso.Inthispaper,wefirstintroducemajorplantgrowthmodelsthatdonottakeintoaccountenvironmentinfluence,andthen,weconcentrateon

4、lightinteractingplantgrowthmodels,whichcanbeclassifiedintotwocategories:onefocusesonsimulatingthelighteffectonbranchingdirectionandthedeathrateofbuds,andtheotheronthesimulationofphotosynthesis.Theexcellentalgorithmsandtechniquesofbothcategoriesareintroducedwithananalysisoftheiradvantagesan

5、ddrawbacks.Attheendofthispaper,someconcludingremarksonthisresearchandfutureworkareprovided.Keywords:trees;plantgrowthmodel;lightingsimulation;virtualforestry引言22樹木在人類生產(chǎn)生活中扮演著重要的角色，人類通過林業(yè)實驗研究樹木在不同外界環(huán)境下的不同生長狀況，可以為林業(yè)管理提供工具，以提高人工林的產(chǎn)量和質(zhì)量。但是野外林業(yè)實驗往往需要復雜的設備，并需要很長的時間，此外它還不易控制，容易受別的因素的影響。但如果用計算機來模擬，

6、則可以很好的解決這些問題，并節(jié)省很多資源。因此隨著計算機技術的發(fā)展，利用計算機模擬環(huán)境對樹木影響的研究工作也在不斷進行。并且隨著人類生態(tài)意識和環(huán)境保護意識的提高，以及我國林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略向生態(tài)建設轉(zhuǎn)變，這一研究方向的重要性還將不斷提升，有著巨大的發(fā)展前景。影響樹木生長的環(huán)境因素很多，包括溫度、二氧化碳濃度、水、土壤養(yǎng)分、光照等。鑒于光對植物生長的重要性、計算機對光傳播過程進行模擬所取得的成果以及光照信息實地采集的可行性，目前在計算機科學領域，人們主要研究光照對數(shù)字樹木生長的影響［11～17,20～22］。此外，研究較多的還有數(shù)字樹木的空間競爭［34］。22根據(jù)研究所采用的方法，模

7、擬光照對樹木生長影響的研究工作可分為兩類：第一類采用的方法主要是把數(shù)字植物生長模型和光照計算結(jié)合起來［11～17］，用光照計算的結(jié)果影響植物生長模型中的參數(shù)，從而影響植物的生長；而另一類則是在實地測量數(shù)據(jù)的基礎上采用統(tǒng)計學的方法，最終得到一個光照對樹木生長影響的經(jīng)驗模型［20～22］。其中第一類方法不要求用戶掌握林業(yè)方面的專業(yè)知識，更不需要進行實地林業(yè)實驗，并且通過合適的光照模型，它可以得到樹冠層中較精確的光照分布情況。但對于這類模型的有效性，目前還缺乏好的檢驗方法。并且通常這種模型只能模擬光照對一棵或