(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210686044.9 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 中国林业科 学研究院亚热 带林业研 究所 地址 311400 浙江省杭州市富阳区大桥路 73号 (72)发明人 朱念福　吴统贵　童冉　原文文　 彭辉　周红敏　季慧杰　 (74)专利代理 机构 北京律谱知识产权代理有限 公司 11457 专利代理师 黄云铎 (51)Int.Cl. G01B 11/24(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种虚拟森林场景中林窗特 征测量方法 (57)摘要 本发明是一种虚拟森林场景中林窗特征测 量方法， 虚拟 森林场景中林窗特征测量方法包括 以下步骤： 步骤S1， 根据林木属性， 从模型库中筛 选数据相近的树干和树枝模型进行匹配， 构建树 木三维模型； 步骤S2， 依据真实地形生成虚拟地 形， 并在虚拟场景中批量生 成带有碰撞网格的树 木三维模型， 实现虚拟 森林林窗场景； 步骤S3， 通 过虚拟森 林林窗场景对 林窗特征进行测量。 本项 发明提出的虚拟森林场景测量林窗特征方法， 弥 补目前林窗特征野外测量研究困难的缺陷， 为林 业数字化模拟提供方法支持， 为森 林生态领域林 窗测量研究提供技 术支撑。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 115183696 A 2022.10.14 CN 115183696 A 1.一种虚拟森林场景中林窗特征测量方法， 其特征在于， 所述虚拟森林场景中林窗特 征测量方法包括以下步骤： 步骤S1， 根据 林木属性， 从模型库中筛选数据相近的树干和树枝模型进行匹配， 构建树 木三维模型； 步骤S2， 依据真实地形生成虚拟地形， 并在虚拟场景中批量生成带有碰撞网格的树木 三维模型， 实现虚拟森林 林窗场景； 步骤S3， 通过虚拟森林 林窗场景对林窗特 征进行测量； 所述林窗特 征包括林窗边 缘木、 林窗大小、 林窗形状和林窗立体结构； 所述模型库包括树干模型库和树枝模型库； 所述树木三维模型从树干模型库获取匹配 的树高和胸径的树干三维模型， 从树枝模型库获取匹配的树枝长度和倾角的树枝三维模 型。 2.根据权利要求1所述虚拟森林场景中林窗特征测量方法， 其特征在于， 在步骤S3中， 林窗边缘木测量包括以下步骤： 在虚拟森林林窗场景中， 选择林窗内冠层高度水平面上视线开 阔的点作为虚拟摄像机 的位置； 在虚拟摄像机水平方向上， 以n度间隔， 从0度到360度依次发射碰撞射线， 碰撞到树木 模型后， 高亮显示该模型； 记录高亮 模型信息并剔除重复数据， 高亮显示的树木模型即为林窗边 缘木； 所述林窗边 缘木TEdgeForestGap表示为： TEdgeForestGap＝fHighLigth(fCamera(x， Hcanopy， y)) 其中， Hcanopy为林冠层高度， n °为旋转度数间隔， fCamera表示计算射线碰撞， fHighLigth高亮 显示碰撞树木模型， (x， Hcanopy， y)表示虚拟摄 像机坐标。 3.根据权利要求2所述虚拟森林场景中林窗特征测量方法， 其特征在于， 在步骤S3中， 林窗大小测量包括以下步骤： 将虚拟摄像机置于林窗上空， 调整为俯视角度， 以虚拟摄像机位置为空间坐标原点， 沿 z轴反方向发出碰撞射线， 并以σ 度间隔， 分别绕y轴(0 °， 90°)扫描； 当碰撞射线与边缘木的林冠层首次碰撞， 记录碰撞点坐标的三轴坐标并生成坐标点， 此时记录的坐标点便是 林窗边缘点； 以β 度间隔， 绕z轴顺时针(0 °， 360°)旋转， 重复上述 步骤， 最终 获得全部林窗边 缘点； 依次将标记点连接生成多边形， 应用Shoelace  Theorem公式计算林窗垂直投影面积； 林窗面积S表示 为： 其中， (xi， yi)为林窗边缘点i的垂直投影坐标， 为使所有标记点形成 闭合图形， 定义最 后一处标记点n与第一点连接， 且此处计算中定义第一点的x轴坐标为xn+1与x1相同， y轴坐 标yn+1与y1相同， n为总标记点数量。 4.根据权利要求3所述虚拟森林场景中林窗特征测量方法， 其特征在于， 在步骤S3中， 林窗形状测量包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115183696 A 2根据生成的林 窗边缘标记点垂直投影坐标， 连接标记点并计算周长P， 应用形状指数SI 表示林窗形状； 林窗周长P表示 为： 形状指数SI表示 为： 其中， P为林窗周长， (xi， yi)为林窗边缘点i的垂直 投影坐标， 为使所有标记点形成闭合 图形， 定义最后一处标记点n与第一点连接， 且此处计算中定义第一点的x轴坐标为xn+1与x1 相同， y轴坐标yn+1与y1相同， n为标记点数量， S为林窗面积。 5.根据权利要求3所述虚拟森林场景中林窗特征测量方法， 其特征在于， 在步骤S3中， 林窗立体结构测量包括以下步骤： 依次读取生成的林窗边缘点空间坐标(xi， yi， zi)， 将虚拟摄像机移动至与林窗边缘同 一水平面且朝向林窗边 缘点； 以m米间隔下降直至离地1米， 每次下降虚拟摄像机均向林窗边缘点发出碰撞射线， 当 与边缘木碰撞后， 记录 碰撞点坐标并生成标记点Pij； 生成一轮标记点后， 将虚拟摄像机恢复至下一个林窗边缘点Pi+1同一水平面， 绕z轴顺 时针旋转β角度， 此时正朝向边 缘点Pi+1， 重复上述操作生成新 一轮标记点Pi+1j； 重复处理全部林窗边缘点， 最终全部生成的标记点个数为((zi ‑1)/m))*(360/β )； 将各 林窗边缘点Pi与其生成标记点Pij连接， 并连接各 林窗边缘点， 从而形成林窗立体结构； 林窗边缘标记点 i对应下方标记点坐标Pij： Pij＝fRay(xi， yi， zi‑j×m) 其中， (xi， yi， zi)为林窗边缘点Pi坐标， j取值为(1， 2， 3， ...， (zi‑1)/m)， j×m为摄像机 下降高度， fRay(xi， yi， zi‑j×m)表示计算碰撞点坐标， 即碰撞射线从虚拟摄像头(xi， yi， zi‑j ×m)坐标出发， 朝摄 像头正前 方与树木三维模型产生碰撞点的坐标。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115183696 A 3