[发明专利]一种森林三维场景中叶面积指数实时计算方法

权利要求书

1.一种森林三维场景中叶面积指数实时计算方法，其特征在于包括以下步骤：

计算森林三维场景中样地林木数量步骤；

计算林分密度步骤；

构建林分密度与叶面积指数模型步骤；

森林三维场景中的叶面积指数计算操作步骤；

计算森林三维场景中样地林木数量和计算林分密度包括以下步骤：

林分密度通过遍历以摄像机所在位置向前20m为样地中心的20m×20m样地内杉木个数计算得出；

系统三维渲染窗口可实时显示当前界面中心的经纬度坐标及高度，与DEM高程图坐标换算便可得到该中心的x，y，z坐标值，以DEM高程图的北向作为正北，分别向东、西、南、北各延伸一定距离，该距离为样地对角线长的一半，样地为20m×20m，对角线长一半为14.14m，由此可分别得到四个方位的坐标，四个方位点依次连接便是20m×20m的正方形样地；

以此正方形构建一个图层，再通过射线查询该样地内每棵树包围盒与图层相交点数，系统中每棵树都是通过坐标数据表生成，计算林木数量并保存；

最后通过样地内林木数量与样地面积的比值便可计算得到该样地的林分密度；

具体的操作步骤如下：

步骤1)、读取屏幕中心点坐标；

以摄像机所在位置向前20m为样地中心点，第一次读取摄像机所在坐标为地形图经纬度及高度坐标，并保存屏幕中心点坐标为P(λ，φ，h)；

P为屏幕中心点坐标，

λ为屏幕中心点经度坐标，

φ为屏幕中心点纬度坐标，

h为屏幕中心点高度坐标；

步骤2)、坐标转换；读取摄像机所在位置经纬度坐标及高度坐标后，为了后续计算需要，将该坐标与DEM地形图坐标换算，得到该摄像机所在位置的M’(x’，y’，z’)坐标，并保存；

其中，

a为经度的转换系数；

b为纬度的转换系数；

c为高度坐标的转换系数；

样地中心点位于摄像机所在位置向前20m，样地中心点坐标为M(x，y，z)；

步骤2.1)、摄像机朝向法向量与东向E法向量夹角为0°～90°，

步骤2.2)、摄像机朝向法向量与西向W法向量夹角为0°～90°，

其中，α为摄像机朝向法向量与北向N法向量的夹角0°≤α≤180°，d＝20m，ztmax为样地内高度最大的林木坐标；

步骤3)、建立样地；

以DEM高程图的北向作为正北，分别向东、西、南、北四个方向各延伸一定距离，该距离为样地对角线长的一半即14.14m；

设东南西北四个方位点的坐标分别为E(x_E，y_E，z_E)，S(x_S，y_S，z_S)，W(x_W，y_W，z_W)，N(x_N，y_N，z_N)；

其中，d₁＝14.14m；

根据距离值d₁，结合样地中心点坐标，便可分别得到样地四个方位点的坐标并保存，该四个方位点依次连接便是20m×20m的样地；

xyz为世界坐标系统；

M’为摄像机所在位置坐标；

M为样地中心点所在位置坐标；

M’M法向量即为摄像机朝向法向量；

d为摄像机点与样地中心点距离d＝20m；

α为摄像机朝向法向量与北向N法向量的夹角，0°≤α≤180°；

步骤4)、计算林木数量；

样地的东南西北四个方位点依次连接便是一个正方形，以此正方形构建一个虚拟图层；

通过射线查询该图层与森林三维场景中林木包围盒的交点个数，并保存；

步骤5)、林木数量检验；

得到样地图层与林木包围盒的交点个数后，因为包围盒有一定大小，所以个别林木虽然与图层相交，但仍有可能在样地之外；

通过交点获取每棵林木的P_t(x_t，y_t，z_t)坐标，以样地四个方位点构成的正方形区域建立约束条件，根据约束条件判断上述林木是否在约束条件的要求之内，最终确定样地内的林木数量并保存；

约束条件如下：

其中，z_ESWNmin为样地四个方位点的最小z坐标，z_ESWNmax为样地四个方位点的最大z坐标；

步骤6)、计算林分密度；

q、r、k、e分别为样地图层与林木包围盒的交点；通过样地内林木数量与样地面积的比值便可得到该样地的林分密度SD，并保存。