虚拟现实和仿真技术的发展为森林生态系统的深层次研究注入了新的活力,虚拟森林场景的模拟仿真是利用可视化技术将描述树木生理结构和生长过程的复杂数据直观形象地呈现出来,从而动态模拟森林的生长、更新和死亡状况,目前已成为植物学、农林业、环境科学和计算机等多学科交叉研究的一个热点领域。近年来,国内外对森林仿真的多数研究集中在各种生长生态模型的建立和优化,以及场景的可视化绘制技术上,然而对虚拟森林仿真系统的体系架构、森林场景的构建流程等问题的研究目前还比较少。虽然不同机构进行森林仿真的应用目标和出发点不同,但这些不同粒度的森林场景仿真都需要建立地形、天空、树木等实体,这就导致不同系统之间存在大量重复工作,诸如采用相同的地形模型、植物生长模型或绘制算法等,然而由于这些系统之间缺乏相应的关联而不能彼此直接复用这些模块。此外,由于森林仿真的业务流程和模型算法往往都被硬编码在系统中,系统模块之间的耦合度较高,当用户的仿真需求发生变化时,很难进行快速重构。构件技术的出现与发展,不仅更好地支持软件复用,还带来了软件体系结构和软件开发模式的变革。本文将构件思想引入森林仿真系统的设计和开发过程中,提出了一种基于构件复用技术的松散耦合的森林仿真架构模式,并实现了基于构件的虚拟森林仿真系统快速重组框架,充分利用以往开发过程的知识经验和成果,更好地实现森林仿真模块的复用,最后通过构件装配完成了森林场景仿真应用的快速搭建。本文主要从以下几个方面展开研究:1.由于森林场景是一个典型的多维景观,因此本文首先从时空尺度上分析森林场景的层次结构,进而探讨了单木、林分、全林分三种粒度森林场景仿真的特点和构建流程,提出了一种构件化、层次化的森林仿真系统体系结构。2.本文将森林仿真系统的架构分成表示层、业务逻辑层和数据层,并采用构件化思想将业务逻辑层分为地形、天空、植物等模块,实现了仿真模块的松耦合。然后通过领域分析识别出森林仿真系统中可复用、可替换的模型和算法作为构件,并将这些构件按复用粒度的大小分为业务构件和仿真构件展开详细讨论。3.本文建立了面向森林仿真的构件模型,并对构件接口和封装给予描述,然后给出基于仿真流程驱动的构件装配详细过程,为后期通过构件组装来实现森林仿真应用的快速构建提供指导。4.本文设计并实现了森林仿真构件管理工具和仿真构件组装框架,B/S架构的构件管理工具支持用户通过浏览器远程进行灵活的构件提交和稳定的构件存储;C/S架构的构件组装框架连接存储构件的数据库,并通过在森林仿真流程的不同环节读取数据库中相应的构件来实现基于框架的构件组装,最后给出了通过构件装配快速搭建森林仿真的实例。