随着遥感测量、激光扫描、虚拟现实等技术的迅速发展，伴随着“数字地球”概念的提出，数字城市建设在我国悄然兴起。数字地球、数字城市的一项重要内容是将地球表面（或城市）每一点上的固有信息数字化并建立其三维几何模型。所谓三维几何模型就是现实物体外形在计算机中的一种数字化描述，近几年来得到了人们越来越多的关注，已成为继音频、图像、视频之后的第四种数字多媒体形式。例如，谷歌地球（Google earth）在部分地区实现的三维建筑模型就给人们带来非常有冲击力的视觉体验。数字农林业借助计算机图形学、虚拟现实技术等实现农林学试验的计算机建模、模拟和可视化，成为一种新的实验手段。
树木作为地球上最普遍存在的景物之一，由于其形状结构的多样性和复杂性，构建现实世界中真实树木的三维模型一直是一个具有挑战性的研究难题。中国科学院自动化研究所博士研究生程章林和他的导师张晓鹏博士，与美国明尼苏达大学陈宝权博士合作，在《计算机科学技术学报》（JCST）第22卷第6期上，发表了一篇题为《基于单幅深度图像的树枝重建研究》的论文，介绍了他们在树木数字化三维重建方面的最新研究成果。
据悉树木的三维建模已有几十年的研究历史。在早期人们基于植物学知识按照一定的规则生成虚拟植物模型，比如L系统（Lindenmayer Systems）、AMAP、Xfrog等，虽然他们能生成很逼真的树木模型，但是用这种方法很难得到现实世界中特定树木的三维模型。近年来，人们致力于真实环境中树木的三维重建研究。最近三年在计算机图形学领域顶级学术会议――国际图形学年会（ACM SIGGRAPH）上发表了三篇关于树木重建的论文，他们的一个共同特点就是主要从图形学的角度出发，针对有树叶的树木生成的模型具有比较好的整体视觉效果，但是由于树叶的遮挡，大部分枝干模型（包括枝干形状、直径信息）靠植物学知识虚拟生成，与原始树木形态相差较大，最后得到一个似是而非的三维模型，不具备形态结构上的保真性。基于此，为避免树叶带来的严重遮挡，中国科学院自动化研究所中法联合实验室GreenLab小组针对落叶树，利用三维激光扫描仪获取树木枝干的表面信息，并根据单次扫描数据利用深度图像重建出树干、树枝的三维模型。他们的方法充分利用单次扫描点云数据规则分布的特点，大部分操作在二维图像空间进行，算法复杂度降低，并且人工交互方便；另外根据轴向估计在枝干各横截面上计算骨架位置及直径，重建结果准确。在这种方法中，所建立树木枝干的广义圆柱模型可以作为植物生长模拟的输入数据或真实树木的一种测量结果。
构造真实树木的三维模型可以在自然场景模拟、城市景观设计、虚拟现实、电脑游戏以及农林业应用方面发挥重要的作用。很多游戏中三维场景缺乏真实感的一个重要因素就是场景中的植物模型太简单，与现实世界中的植物相差太大。在城市景观设计中，人们常常需要复原现有周围场景中的物体，其中很大一部分就是建立其中树木的三维模型。在林业调查中，经常需要求出一棵树的一些指标（树高、胸径、体积等）。传统的手工测量方法耗时且有时还不准确，如：体积只能通过测量有限几段的直径，然后按经验公式推测。应用三维激光扫描仪进行测量并构建树木三维模型后，很容易得到树木各段枝干的直径大小、整棵树的体积等参数。总之，重建真实树木的三维模型在计算机图形学、虚拟现实各应用领域和农林业应用方面都能找到广阔的应用前景。（来源：人民网科技）
（《计算机科学技术学报》（JCST），22(6): 846 ~ 858，Zhang-Lin Cheng，Bao-Quan Chen）
