虚拟现实(virtual reality)又称为临境技术，是一种具有很强的人-机交互能力的现实模拟技术。它的基本特征是“临境感”和交互性(interactive)。“临境感”是指虚拟的事物给用户有身临其境的感觉。“交互性”是指用户通过视觉或其它感官与计算机对话和操作。

应用虚拟现实技术对森林进行模拟是林学家和生态学家的梦想。国外一般使用林窗模型在时间轴上对森林进行模拟(Runkle, 1981；Whitmore, 1989；Bugmann, 2001)，林窗模型对森林的模拟是要素指标模拟，一般不产生很好的视觉效果。倪强等(1998)和周洪玉等(2000)应用多媒体和虚拟现实语言对建筑结构进行模拟取得很好的可视效果。李俊清等(2001)对欧洲水青冈(Fagus sylvatical L.)的构筑型进行了研究，为模拟植物体的形态发生过程垫定了基础。本文结合图像处理技术和植物形态发生的理论对地形和树木进行了模拟，产生了较好的视觉效果。

原则上讲，数字林相图是对森林的一种较为简化的模拟。但迄今数字林相图从信息荷载的意义上讲已经相当饱和，它一直是森林信息的主要表现手段。数字林相图相对而言有如下缺点：平面特性，虽然使用者可以通过等高线来理解森林所在的地形，但必须通过思维的分析转换过程；树种用抽象的符号表示，阅读者要看懂图必须先将树种符号记住或一一对比，不直观；在同一小班内难以表现树种组成及宽间分布等信息。

而虚拟林相则相对弥补了这些缺点。虚拟林相可以描述为：直观、准确、交互地在计算机上模拟大面积森林所在的地形、树种组成、树高、起源、分布等信息的过程；它由三维图像显示、属性数据处理和导航3个部分组成(见图 1~3)。从图中可见，图的右上角有一个导航窗口用于显示虚拟区域的平面图，这样在近地面浏览时也不至于迷失方位。所以虚拟林相具有如下的基本特点：信息准确包含全部小班数据库的数据，并能提供查询手段，能够方便地查询所见到的小班的全部属性(见图 2)；图像直观性所提供的图像能表现森林所在的地形、树种组成、树种分布、树高、龄组、所在林班、小班等信息；面积大一般以林场或林业局为基本单位；包含林相图的全部信息虚拟林相的基础是林相图，所以要能全面地表现林相图的信息，本研究将林相图单独做为一层来进行处理。

本项研究综合地理信息系统和图像处理系统的优点，最终在ERDAS软件的平台上合成了虚拟林相，它与现实的森林林相已相当逼近，它充分渲染了森林调查的成果，是表现森林信息的很好的手段；但是，由于受计算机计算速度的限制，还不能虚拟林下灌木和草本植物；随着计算机计算速度及算法水平的提高，虚拟林相将进一步虚拟林下植物而更直观地表现整个森林生态系统信息。

1 研究对象与方法

本文的研究地区上甘岭林业局位于小兴安岭中部，东经128°23′~129°12′，北纬47°51′~48°44′，属于黑龙江省伊春林管局，全局分布较为分散，分为北部、中部、南部3个空间上相对独立的部分，全局划分为13个林场，400多个林班，近7 000个小班。经过多年的过量采伐，其地带性植被阔叶红松林已退化为以白桦(Betula platyphlla)、蒙古栎(Quercus mongolica)、落叶松(Larix gmelini)为主的次生林，还有一定数量的水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄波罗(Phellodendron amurense)等珍贵硬阔叶树种分布，其次是红松(Pinus koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris)、云杉(Picea asperata)等(见图 1)。图 1表现了较为典型的人工林和次生林的林相，右上为平面位置导航图，导航图上用2个红点代表观察者所在位置和观察的目标位置，它们之间的距离即是观察者与观察目标之间的距离。

虚拟林相由三维图像显示、属性数据处理和导航3个部分组成。虚拟林相的制作过程应用了Arc/Info, ArcView, 方正智绘，ERDAS/Virtural Gis, Visual C++等软件，最终合成由ERDAS软件完成，需要经过如下10个步骤：数字林相图的制作；森林资源数据库标准化处理；等高线获取及高程数据输入；DEM模型的建立；立体地形图的制作；数字林相图着色处理；立体地形图与数字林相图的配准；各树种的外观处理；在虚拟林相中出现的每株树的位置处理；虚拟林相的合成。

在本项研究中，由上甘岭林业局提供调查数据，黑龙江省第一林业调查规划院完成前3步的数据处理工作。

在树种的处理过程中，因为天然林和人工林中的同一树种在外形上没有差别，所以在虚拟林相中很难分辨天然林和人工林，为此笔者以规则分布和随机分布格局来区别天然林和人工林，这一点使虚拟林相较为逼真(见图 1)。但是，由于计算机运行速度的限制，在小班中各树种的株数仅约为现实株数的3%，而树高则约为现实树高的5倍，所以虚拟林相中每株树的尺寸与实际尺寸有较大差别，这是权宜之计。这些参数的设定，并没有建立准确的模型来相互约束，而是根据视觉感受和计算机的可用资源来进行调整。从图 1上可见左下部为规划分布的人工红松林，其它可见的小班为次生林。用这种方法也有缺点，因为树种分布以小班为基本单位，当一个小班较小或形状很不规则时，随机分布与规则分布之间也难以区别，有关此类问题留待以后研究。

对于树种图像只分了幼、中、成3个龄组，这和实际情况有较大误差，为了更为真实地反应树种在不同年龄的外形特征，应分更多的年龄段进行模拟才能让树种外形有连续性。

2 虚拟林相浏览与分析 2.1 北部区域

通过虚拟林相对整个上甘岭林业局的空中浏览可见，该局北部区域地势平坦河流纵横，库尔滨河流过该区，该区有很广的水泡和沼泽分布，有明显的林区湿地特征。在该区东面有一个千山村，已开垦了大面积的农地(见图 3)，该区湿地若不加保护，经开垦定会丧失湿地生态系统的特征。林业局已向有关部门申请湿地保护区，若得批准将为保护好该区的湿地生态系统提供有利条件。

2.2 中部区域

中部区域海拔为460~700 m，多为缓坡，主要由白桦、云冷杉、落叶松、水曲柳等树种组成，该区域与上部和下部不同的是蒙古栎分布很少，红松、落叶松和云冷杉等针叶树比重较大，是较为丰富的后备资源，但成熟资源较少。

2.3 南部区域

汤旺河缠绕该区，汤旺河以南地形复杂，全局最高峰黑顶山海拨约1 040 m，黑顶山周围山体陡峭。汤旺河以北，地势较为平坦，该区以白桦、落叶松、蒙古栎混交的次生林为主。该区保留了800 hm²以上的红松母树林，共有10片分散保存了下来，这是该局唯一幸存的地带性植被(见图 4)。

3 结论

虚拟林相所表达的地形、树种组成、起源和分布等信息较为完整和全面地反应了森林的现状，若能与GPS集成将更会有实用价值。虚拟林相在微机上运行主要受到运算速度的限制，有待硬件水平的进一步提高。