近期，《Forests》（中科院期刊分區(qū)表大類(lèi)二區(qū)，IF=3.282）刊發(fā)了2023年最新一期（Volume 14, Issue 5）的文章，我校信息學(xué)院楊猛課題組論文《Visualization Simulation of Branch Fractures Based on Internal Structure Reconstruction》被選為本期的“Feature Paper”，是本期209篇文章中入選的8篇文章之一。“Feature Paper”代表了有潛力在本領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響的最新研究，包括涉及多種新穎技術(shù)或方法的原創(chuàng)研究型文章或者全面系統(tǒng)回顧本領(lǐng)域最新研究進(jìn)展的綜述型論文。
該論文提出了一種基于木材學(xué)和木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)重建的木材斷裂模擬可視化算法，能夠模擬出合理逼真的木材斷裂效果。如圖1所示，首先，使用激光掃描儀獲得樹(shù)皮結(jié)構(gòu)的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并通過(guò)表面網(wǎng)格模型的體素化獲得樹(shù)枝橫截面。然后，將橫截面的外部輪廓向內(nèi)收縮，以重建年輪和木纖維束，并生成合理的樹(shù)枝三維模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由幾個(gè)環(huán)狀年環(huán)組成的層次模型組成，每個(gè)年環(huán)被劃分為一系列連續(xù)的扇形環(huán)。基于重建結(jié)果，可以將參數(shù)控制生成的木材斷裂面模型映射為形狀不規(guī)則的三維斷裂樹(shù)枝模型。該方法是早期根據(jù)木材結(jié)構(gòu)和木材學(xué)理論模擬木材斷裂的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方法。本研究分析了樹(shù)枝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和樹(shù)枝斷裂面上年輪的形狀，為樹(shù)木不同的斷裂形態(tài)提供了可靠的斷裂模型。
斷裂樹(shù)枝模擬生成結(jié)構(gòu)示意圖
重建的斷裂樹(shù)枝模型在木本植物內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究和分析中具有重要作用。此外，具有真實(shí)感的斷裂樹(shù)枝模型可廣泛應(yīng)用于動(dòng)畫(huà)電影特效、游戲場(chǎng)景模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景構(gòu)建、斷裂樹(shù)枝力學(xué)研究等領(lǐng)域。
該論文第一作者為楊猛副教授，第二作者為課題組研究生張翼，第一完成單位為北京林業(yè)大學(xué)。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD2201203）的支持。
