编者按: 智显未来|重构三维植被表型，计算呈现自然之美丨智言智语编者按:智显未来

编者按:智显未来，洞见新知。中科院之声与中国科学院自动化研究所联合开设“智言智语”科普专栏，为你介绍人工智能相关知识与故事，从最新成果到背后趣闻，带你徜徉AI空间，看人工智能如何唤醒万物，让世界变得更美好。
你可以想象一个没有植被的世界吗？
一花一草勾勒着微妙的时序变化，茂林苍翠营造出别具一格的林下风味。作为一类最常见的自然演变对象，植被在人类生活中无处不在，构成人与自然间亲密的联结，也承载着不言自明的诗意情趣。那么，当我们着力构建一个更加真实的三维虚拟世界时，各式各样贴合场景的花草树木自然也不可或缺。通过构造三维植被表型，我们能够在虚拟世界“种植”绿洲与田野，还原大千自然。

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（图片来自网络）
给植物三维重建，我们可以实现什么？
其实，当你无论是在欣赏好莱坞三维影片，还是沉浸在逼真的大型游戏中，场景内郁郁葱葱的丛林、如梦如幻的植被、参天的大树、精细逼真的花草树叶，对于提升三维场景的真实感和舒适感都具有至关重要的作用。此外，除了应用于虚拟现实展示和数字娱乐仿真，树木的三维模型在生态环境建设、城乡景观设计、古树名木保护、遥感测绘、国土资源调查以及现代农林业应用等方面，也都发挥重要的作用。

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游戏中的植被三维重建（图片来自网络）
举例来说：
在遥感测绘领域，植被建模具有特定的行业规范，植被的三维测量和重建可以极大促进植被覆盖度、森林生物量、森林对气候影响等的计算准确性；
在农林业方面，高精度的植物三维结构模型，可以为研究植物种植布局、生理生态影响评价、作物产量评估等提供预演与可视化分析的平台，从而辅助农业决策，以推动决策过程的精准化、自动化和智能化。
因此，构造植被三维模型必然成为现实世界场景三维数字化不可或缺的一部分。
三维植被建模的难点在哪里？
对于自然界分布广泛的植物来说，源于自然演变不是人类设计而造成其种类繁多，形状不一，长势千姿百态，以及结构的不规则性和自相似性，给精准三维建模提出很多难题。主要体现在两个方面：
（1）植物外形信息获取困难，一方面树木形体高大，细枝丰富，使用常规的便捷工具很难准确快速测量，另一方面叶片和枝干等器官之间存在严重的遮挡，且器官存在大量重复的几何和纹理结构，因此无论采用基于图像的视觉重建还是三维扫描仪，都会存在大量枝干不可见的情况；
（2）植物精细重建和建模困难，这是因为植物形态各异、冠形结构复杂、点云精度不够、遮挡造成信息断开和缺失，采用传统的表面建模方法（如泊松重建、Delaunay三角化）都无法获得令人满意的结果。树木形态的复杂性和多样性决定了大规模树木外形的有效获取、快速重建都具有极大的挑战性。
【编者按: 智显未来|重构三维植被表型，计算呈现自然之美丨智言智语】如何进行精细逼真的三维植被建模？
中科院自动化所三维可视计算团队的郭建伟副研究员、张晓鹏研究员、严冬明研究员等人，长期致力于三维植被模型的精细重构与表达，从计算机图形学的角度，提出了一系列植被几何建模方法。