In this paper, we present a new, easy-to-generate system that is capable of creating virtual 3D tree models and simulating a variety of growth processes of a tree from a single, real tree image. We not only construct various tree models with the same trunk through our proposed digital image matting method and skeleton-based abstraction of branches, but we also animate the visual growth of the constructed 3D tree model through usage of the branch age information combined with a scaling factor. To control the simulation of a tree growth process, we consider tree-growing attributes, such as branching orders, branch width, tree size, and branch self-bending effect, at the same time. Other invisible branches and leaves are automatically attached to the tree by employing parametric branch libraries under the conventional procedural assumption of structure having a local self-similarity. Simulations with a real image confirm that our system makes it possible to achieve realistic tree models and growth processes with ease.
Forest management is known to beneficially influence stand structure and wood production, yet quantitative understanding as well as an illustrative depiction of the effects of different management approaches on tree growth and stand dynamics are still scarce. Long-term management of beech forests must balance public interests with ecological aspects. Efficient forest management requires the reliable prediction of tree growth change. We aimed to develop a novel hybrid simulation approach, which realistically simulates short- as well as long-term effects of different forest management regimes commonly applied, but not limited, to German low mountain ranges, including near-natural forest management based on single-tree selection harvesting. The model basically consists of three modules for (a) natural seedling regeneration, (b) mortality adjustment, and (c) tree growth simulation. In our approach, an existing validated growth model was used to calculate single year tree growth, and expanded on by including in a newly developed simulation process using calibrated modules based on practical experience in forest management and advice from the local forest. We included the following different beech forest-management scenarios that are representative for German low mountain ranges to our simulation tool: (1) plantation, (2) continuous cover forestry, and (3) reserved forest. The simulation results show a robust consistency with expert knowledge as well as a great comparability with mid-term monitoring data, indicating a strong model performance. We successfully developed a hybrid simulation that realistically reflects different management strategies and tree growth in low mountain range. This study represents a basis for a new model calibration method, which has translational potential for further studies to develop reliable tailor-made models adjusted to local situations in beech forest management.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.9
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pp.2232-2245
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2013
The present study proposes efficient procedural modeling methods for enabling the growth and creation of various trees with minimal user control. Growth volume algorithms are utilized in order to easily and effectively calculate many parameters that determine tree growth, including branch propagation. Procedural methods are designed so that users' interactive control structures can be applied to these algorithms to create unique tree models efficiently. First, through a two-line-based interactive growth volume control method, the growth information that determines the overall shape of the tree is intuitively adjusted. Thereafter, independent branch control methods designed to control individual branches are added to the growth deformation in order to enable the growth of unique trees. Whether the growth processes of desired trees can be easily and intuitively controlled by the proposed method is verified through experiments. Methods that can apply the proposed methods are also verified.
We propose a method for tree-inspired chair modeling that can generate a tree-branch pattern in the skeleton of an arbitrary chair shape. Unlike existing methods that merge multiple-input models, the proposed method requires only one mesh as input, namely the contour mesh of the user's desired part, to model the chair with a branch pattern generated by tree-growth simulation. We propose a new method for the efficient extraction of the contour-mesh region in the tree-branch pattern. First, we extract the contour mesh based on the face area of the input mesh. We then use the front and back mesh information to generate a skeleton mesh that reconstructs the connection information. In addition, to obtain the tree-branch pattern matching the shape of the input model, we propose a three-way tree-growth simulation method that considers the tangent vector of the shape surface. The proposed method reveals a new type of furniture modeling by using an existing furniture model and simple parameter values to model tree branches shaped appropriately for the input model skeleton. Our experiments demonstrate the performance and effectiveness of the proposed method.
A computationally efficient implementation of the progressive edge-growth algorithm is presented. This implementation uses an array of red-black (RB) trees to manage the layered structure of check nodes and adopts a new strategy to expand the Tanner graph. The complexity analysis and the simulation results show that the proposed approach reduces the computational effort effectively. In constructing a low-density parity check code with a length of $10^4$, the RB-tree-array-based implementation takes no more 10% of the time required by the original method.
The observation of branching pattern on Magnolia denudata Desr. was performed from July 1982 to September 1983 and then computer simulation was carried out. Tree crown pattern depends on not genetic factors but also environmental factors and the determination of branchin pattern which characterized it appears to properly explain the relationships such as branching pattern and allocation of materials through the analysis of influence branches under several assumptions. Now that computer simulated simulated pattern was considered as the accumulation of two factors which controled the growth, it was represented as the stimulated tree which differs in branching rate that described allocation of material necessary for the growth of each branch. There was a tendency of allocation ratio of nutrients, i.e. subbranch to main branch to decrease by the passage of year. Under assumption that branch was branched when accumulated material reached 1, it was possible to represent the allocation of nutrients are residual $nutrient{\times}\frac{1}{1+F};in main; branch, ; residual; nutrient{\times}\frac{F}{1+F}$ in subbranch, A(iA, iC)+$F^(iA-1)$ in current twig. Like this, the basic minute difference of the allocation of nutrients according to the branch resulted in complicated patterns in the tree crown.
In order to model a variety of natural trees that are appropriate to outdoor terrains consisting of multiple trees, this study proposes a modeling method of new growth rules(based on the convolution sums of divisor functions). Basically, this method uses an existing growth-volume based algorithm for efficient management of the branches and leaves that constitute a tree, as well as natural propagation of branches. The main features of this paper is to introduce the theory of convolution sums of divisor functions that is naturally expressed the growth or fate of branches and leaves at each growth step. Based on this, a method of modeling various tree is proposed to minimize user control through a number of divisor functions having generalized generation functions and modification of the growth rule. This modeling method is characterized by its consideration of both branches and leaves as well as its advantage of having a greater effect on the construction of an outdoor terrain composed of multiple trees. Natural and varied tree model creation through the proposed method was conducted, and using this, the possibility of constructing a wide nature terrain and the efficiency of the process for configuring multiple trees were evaluated experimentally.
This study proposes lighting simulation approach to assess lighting quality on motor ways and walk ways considering each type of form and growth of roadside trees. Simulation approach to assess quality of lighting is frequently used for lighting design which guarantees secure of drivers and pedestrians during the night time. But, road side trees which have diverse benefits for citizens acts on obstacles during night time needs lighting. The results of this study shows a possible way for tuning the aims of both lighting and road side tree. It will be possible to develop harmonic design standards for road way lighting if further study achieved based on the result of this study.
TREGRO, a computer simulation model of individual tree growth, was applied to estimate ozone ($\textrm{O}_3$) effects on aspen(Populus tremuloides) growth under ambient and 1.7 times ambient $\textrm{O}_3$ of Seoul in 1996. The three highest $\textrm{O}_3$ (Kuui-dong, Ssangmun-dong, Sungsoo-dong) and the two lowest $\textrm{O}_3$ sites (Mapo-dong, Namgajwa-dong) were evaluated. The current ambient $\textrm{O}_3$ did not affect aspen growth compared to simulation without $\textrm{O}_3$. The only effect was 6.6 percent of total assimilated carbonloss at Ssangmun-dong where the level of $\textrm{O}_3$ was greatest among the 21 sites examined. Decrease as much as 50 percent of total carbon gain was calculated at 1.7 times ambient $\textrm{O}_3$ of the three highest sites. The carbon loss by $\textrm{O}_3$ came from biomass of tissues and total nonstructural cabron (TNC) such as starch and sugar. The most sensitive fraction was TNC and the next was root biomass. Foliage mass was not affected by $\textrm{O}_3$. Structural biomass loss was at best 1 to 3 percent at 1.7 times ambient $\textrm{O}_3$ at the two lowest sites. The daily carbon simulation was affected by $\textrm{O}_3$ mainly during Growth Period 4 (Jul. 21-Oct. 26). Correlations between site, dose, and the simulated responses of aspen (tissue biomass, TNC, respiration, and senescence) ranged from -0.703 to -0.973 depending on the plant responses. The ozone effects on poplar in Seoul are not severe currently, but are probably measurable at Ssangmun-dong. However, severe $\textrm{O}_3$ effects on biomass would occur if $\textrm{O}_3$ levels increase to 1.7 times ambient $\textrm{O}_3$ in Seoul. In addition, v could weaken the trees thus increasing susceptibility to pathogens or insects.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.46
no.6
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pp.17-25
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2018
This study was conducted to calculate the optimum height of trees, estimating a model for the prediction of tree growth for the landscape improvement of the Gyeonghoeru area. For the verification of measures for management, this study conducted a photographic survey of the Gyeonghoeru area and used the Pressler's formula to examine the growth rate of the pine forest of Mansesan. The results of the study are as follows. First, as a result of a field survey and landscape analysis, trees in the Gyeonghoeru area are large ones with more than a diameter at breast height of 30cm, except for weeping cherry trees and persimmon trees, and especially, it is necessary to manage them or replace with small trees through the landscape of Mansesan, which screens the landscape and pruning the trees in the terraced flower garden in the north. Second, as a result of a measurement of the growth rate of trees, for 10 years on average, they grew up by 14% in source diameter and 5% in tree height 5% in south of Mansesan and by 7% in source diameter and 2.4% in tree height in the north of Mansesan. Furthermore, when a simulation was prepared based on the measured growth rate of trees, it was found out that 20 years later, on the landscape on the second floor of Gyeonghoeru, the pine forest of Mansesan would cut off the skyline of Mt. Inwang-san. Third, this study analyzed a landscape improvement simulation and proposed a plan for tree management to take a view of the landscape of the Gyeonghoeru area. This study has a significance that it drew an efficient planting maintenance policy, considering the landscape characteristics of the Gyeonghoeru area.
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