混合现实如何帮助科学家研究森林

New research shows how mixed reality can quantify relatively mature trees in the wild - one measure of forest health.
New research shows how mixed reality can quantify relatively mature trees in the wild - one measure of forest health.Image: Jeff Fitlow/Rice University)
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  • 最新研究显示,混合现实能够量化野外相对成熟的树木——这是衡量森林健康状况的一项指标。

  • VegSense有望以较低成本替代传统的经典野外测量方法。

  • 该软件采用开源模式,并使用HoloLens。

为测量野外植被,研究人员将微软HoloLens设置为混合现实传感器,为名为VegSense的应用程序提供数据。

莱斯大学研究生Daniel Gorczynski与生物科学家Lydia Beaudrot开展的一项概念验证研究表明,VegSense有望以较低成本替代传统的经典野外测量方法。

他们在《生态学与进化方法》发表的研究显示,这种软硬件组合在量化野外相对成熟的树木方面表现出色,而这也是衡量森林整体健康状况的一项指标。

Gorczynski萌生了试用HoloLens的想法。该设备通常被宣传为制造业、医疗保健和教育领域的生产力工具。他为设备开发了开源软件,并指出,尽管这种组合在捕捉幼树和细小枝条方面效果较差,但仍有很大的改进空间。

Gorczynski说,他在范德比尔特大学读本科时首次接触到混合现实传感技术,并意识到它在生物学研究中的潜力。“这似乎很适合这类研究,”他说。2019年,Gorczynski来到莱斯大学不久后,便将这个想法告诉了Beaudrot。

Gorczynski说,现成硬件与定制软件的组合成本远低于基于激光雷达(意为“光探测与测距”)的系统,而后者最常用于三维野外研究。他开发VegSense所用的平台更适合3D游戏和互动体验,而非严谨的科学研究。

在休斯敦纪念公园开展的野外测试表明,至少对于成熟树木而言,这种更小巧的方案同样出色。在他们的案例研究中,VegSense轻松探测到目标区域内50棵此类树中的48棵。目标区域是一个直径约30英尺的圆形区域,Gorczynski在其中边走边向上、向下和四周观察,以构建3D数据库。(他描述数据采集模式时说:“想象一个外面套着圆圈的星号。”)

“这项研究中,我们希望非常有意识地尝试复现较为传统的林下植被结构测量方法,”Gorczynski说,“我们努力获取那样的细节程度。”

他扫描周围环境时看到的是一种类似全息影像的网格图案,它会追踪植被表面。“真正有意思的是,你既能看到扫描仪捕捉到了什么,也能看到遗漏了哪些地方,”Gorczynski说。“我们的目标是让网格尽可能覆盖更多植被,因为这样才能获得最好的扫描结果。”

“结果非常好,Dan很快就整理成文并发表了,”Beaudrot说。她还提到,Gorczynski后来在坦桑尼亚的一次野外考察中进一步验证了设备。该团队近期开展了一项雨林研究,考察了15片热带森林,坦桑尼亚正是其中之一。

“这台设备能够助力开展许多出色的生态学研究,尤其因为它的成本效益很高,”她说。“目前,要收集森林地表植被信息非常困难,除非投入大量人工,或者使用非常昂贵的激光雷达系统。”

“因此,这是一款开创性的高性价比设备,”Beaudrot说。“它提供的数据分辨率不会与激光雷达相同,但这只是它的首个应用。我们希望通过向生态学研究界开源VegSense,激发人们探索它的各种开发潜力。”

Northrop Grumman、Conservation International和莱斯大学为这项研究提供了支持。

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