森林火灾不仅给国家和人民财产造成巨大的损失,破坏生态系统、降低土壤肥度,而且造成水土流失、泥石流等自然灾害。通过虚拟地理环境技术与林火蔓延模型的集成,研究在不同环境条件下的林火蔓延情况与发展趋势,及多维可视化技术显示蔓延过程,是现代制定最优灭火方案、提高灭火效率的研究趋势,也是本文的主要研究的重点。本文主要研究工作和成果如下: 1) 总结和分析了国内外关于林火模型及其可视化技术的研究进展,综述涵盖了蔓延模型的构建与求解、林火蔓延的多维可视化技术、林火模拟与管理信息系统等方面内容;在对比分析了这些技术的优缺点及研究发展趋势的基础上,结合虚拟地理环境的理论,提出了林火蔓延虚拟地理环境的构建设想。2) 从林火的燃烧原理入手,分析了林火行为及蔓延模型的构建原理。在影响林火蔓延速度的因子分析的基础上,采用Rothermel 地表火蔓延模型为框架,针对福建漳浦林区的特点,通过国内外文献及实地调查、林相图等资料找出燃料床参数的各个取值,并基于惠更斯的蔓延扩散原理,程序实现林火蔓延过程的数学模型构建。3) 对虚拟森林环境的建模技术进行深入探讨,主要内容包括虚拟地形的构建和林木的几何重建技术。在地形方面,对比了GRID 和TIN 技术的优缺点,实现了从geo-tiff 中读取研究区域的高程信息和其它地理信息的方法;GRID 的地形绘制技术及在格网地形上的部分三维空间分析功能。对于林木的几何构建,分别从Billboard 技术和参数化几何建模技术两方面入手,分析了两种方法的优缺点,最终采用Billboard技术实现本文原型系统的虚拟森林场景的绘制。4) 针对森林场景大数据量的带来绘制帧率达不到实时绘制的问题,阐述了场景简化的一些有效算法,包括大地形分块、LOD 技术、层次包围盒结构等算法。综合分析了森林场景数据特点的基础上,作者提出了采用八叉树层次包围盒技术结合线形方程测试的方法,通过提高基于视点的预裁剪率,来解决了大范围森林场景的实时绘制问题。5) 研究了各种林火造型技术和粒子系统的原理,采用面粒子+Billboard 技术,实现了大场景的林火造型模拟。6) 综合以上各种技术解决结果,经过系统分析、模块设计、系统集成等过程实现了林火蔓延虚拟地理环境原型系统的构建,并给出一些典型的应用实例。