实现风力作用下的树木扰动分析主要涉及树木3D立体模型的构造和树木在风力作用下的运动状态两部分。关于树木3D模型构造的研究已经有数十年的发展历史,经过各研究领域工作人员的共同探索,已经取得了优越的成绩。但是基于树木自身结构的特殊性,现有方法模拟出的树木3D模型真实感稍差。而实现树木在风力作用下动态模拟最大挑战在于树木自身结构的复杂性,树木种类繁多,形态多样,风吹树木时树枝和树叶都会随风而动,对树木运动模拟包括树枝运动和树叶运动,因此树木受力运动的形态变化一直以来都是各研究领域的研究的热点和难点。基于以上背景,本文结合材料力学及空气动力学知识实现树木在风力作用下的运动可视化模拟,并经过大量实验实现树木在风力作用下的扰动分析,主要研究工作如下:(1)树木的3D模型构造:本文主要采用骨架提取方法,由激光点云扫描仪扫描得到原始数据,将数据分段管理,提取树木骨架建立3D树木模型,得到树枝节点位置信息。骨架提取方法主要是利用Dijkstra距离算法,计算数据间最短距离,以此作为数据聚类的依据,将一类数据提为一段骨架,采用线性规划的模型方法求出距离和角度的比重,利用加权匹配度将每类数据的节点相连,即连接骨架,设置合适的半径值,赋予每段骨架,最终得到完整树木树枝。(2)风场模拟:自然界的风变化莫测,没有规律可循,为了使风场接近自然风的特性,通过采用Perlin噪声函数构造风的可变性,在现有风场的基础上增加了风的随机变化特性,实现了自然风的逼真模拟。(3)树木受力分析:树的结构复杂存在很多分支和树叶,因此直接对整棵树做受力分析不现实,本文通过对在点云数据中提取的单根树枝和树叶做受力分析,计算各分支和树叶受力形变后的坐标点移动位置及断裂下落后的状态,最后进行整体合成得到整棵树的运动形态。(4)在树木3D模型、风场模型、受力运动等理论分析的基础上,使用VC++开发环境下,结合OpenGL的纹理映射技术、双缓冲技术及堆栈技术实现树木在风场作用下运动的可视化模拟。(5)通过可视化模拟系统,调整不同的风力参数及树木属性参数实现风力作用下树木扰动分析。