森林环境具有高度复杂的辐射状态,冠层的三维结构阻碍了太阳短波辐射进入森林的各个角落。传统的仪器测量等量化林分辐射的方法需要组织调查人员进行野外实地勘测,整个周期较长,同时对操作要求,天气等环境因素要求较高,难以进行长时间、大尺度的动态监测。此外,冠层辐射随时空、季节和气象等因素的变化而不断变化,使得林分辐射通量的测量和建模都具有一定的挑战性。激光雷达对研究冠层辐射具有重要的现实意义,结合计算机图形学也能够在通过对整个林分太阳辐射的模拟,进一步量化并渲染林分冠层的辐射。基于此,本文开发了一种协同方法,使用机载LiDAR数据和计算机图形学的光线追踪来模拟森林冠层并分别计算三个林分（针叶林、阔叶林和混交林）在某一时刻的辐射通量。首先参考Iqbal模型对短波太阳辐照度的描述,结合研究区的具体地理参数、大气参数以及时间参数等,计算出林分所在区域的总体短波太阳辐照度。然后在激光雷达获取的林分点云数据的基础上,进行单木分割并通过参数估计得到林分的各项具体结构参数。接着使用圆锥体和半椭球体的表面方程来分别模拟了针叶树和阔叶树的树冠表面。之后开始林分的光线追踪过程:首先根据研究区的地理位置等信息计算出某个时刻的太阳高度角和方位角,进一步计算出对应的方向向量,进而发射定向的离散入射太阳光束,其间距可以根据研究的需要进行调节从而控制入射光线的数量。本实验采用了0.2米的光线间距,对应的光线密度为每平方米25根。然后将森林冠层表面通过三角剖分将其分解为三角形单元的集合。三角形的顶点的平均间距可以通过调参改变。本研究将三角剖分同心圆采样个数设置为15,对应的三角形顶点平均间距为1.36米。接着使用计算机图形学中的光线追踪算法计算出入射光线和三角形的首次交点即为入射点。在此基础上,将入射点作为后续反射和透射过程的发射点,结合反射和透射定律,在得到每个入射点对应的发射向量和透射向量后,进行后续的反射光线求交以及透射光线求交过程。在得到林分所有的入射点、反射点和透射点后,结合光线与三角形法向量的夹角,进一步计算出每个三角形的接收到的入射、反射和透射辐射通量。此外,本文还通过机载激光雷达进行了冠层透射率的估算,并结合后向光线追踪和BRDF渲染模型对林分辐射进行了渲染。本文的所设计方法较好的模拟了太阳入射辐射通量,并与基于半球照片的HPEval软件和太阳辐射测量仪测量的结果表现出良好的一致性（R~2≥0.82）。我们选择2019年3月至10月的每个月的15日,在晴空条件下,以1小时为间隔计算了8:00～17:00三个林分的入射、反射和透射辐射通量。由于最大的太阳高度角（81.21°）和最密集的树冠,6月15日中午在针叶林中入射辐射通量达到最大值2047.2 k W;由于针叶树更高的反射率和对反射太阳光束更好的吸收,针叶林接收到了最大反射辐射通量（10.91-324.65 k W）。然而,由于阔叶树种的透射率较高,阔叶林接收到更多透射辐射通量（37.7-226.71 k W）。本文的方法可以直接模拟冠层辐射在林分尺度的详细分布,并且在点云数据的基础上,不需要进行实地测量等耗费人力物力的测量,不受时间空间条件的制约,同时随着计算机硬件的提升,我们的方法能够在保证精度的前提下不断的提升运行速度,对于研究光依赖的生物生理过程很有价值。