Desarrollan un nuevo modelo 3D que facilita la monitorización y gestión de ecosistemas heterogéneos y agroforestales

Un trabajo liderado por el investigador Alberto Hornero del Instituto de Agricultura Sostenible del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IAS-CSIC) ha generado un nuevo modelo 3D de ray tracing, denominado Silvo (Superposición Simplificada de Luz y Vegetación), que permite representar la estructura de las copas en vegetación heterogénea usando muy pocos datos de entrada, básicamente la posición de cada árbol o arbusto, el tamaño de su copa y la geometría de la iluminación solar.

“Con esa información, el modelo genera métricas clave, como la fracción de huecos (gap fraction) y perfiles verticales de densidad estructural, que ayudan a mejorar la comprensión de cómo los modelos y sensores (desde un vehículo aéreo o satélite) ‘ven’ estos ecosistemas”, explica Hornero, quien destaca que “su relevancia radica en que facilita monitorizar y gestionar mejor sistemas heterogéneos y agroforestales” ante retos como sequías, decaimiento, productividad, captura de carbono y planificación de restauración, de forma rápida y reproducible. Además, el código se ha publicado en abierto para favorecer su reutilización por la comunidad.

Este trabajo se originó durante una estancia en 2024 en el ITC (Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation) de la Universidad de Twente, en colaboración también con la Universidad de Córdoba, dentro de la COST Action PANGEOS. En concreto, Alberto Hornero, además de liderar el equipo, se ha encargado de desarrollar el código, validarlo con datos LiDAR y coordinar el planteamiento metodológico para que el sistema sea robusto y aplicable en condiciones reales.

Asimismo, la interacción con otros investigadores ha sido clave para darle una perspectiva más amplia y, sobre todo, para preparar su integración con modelos 1D ya consolidados, de modo que puedan incorporar capacidades 3D sin perder eficiencia. “El modelo Silvo ha sido implementado para ejecutarse de forma eficiente en multiprocesador mediante OpenMP”, lo que permite acelerar los cálculos y hacerlo práctico incluso en simulaciones con un elevado número de árboles. Esto amplía notablemente el alcance de la herramienta y facilita su uso en aplicaciones con impacto directo en la gestión de sistemas agroforestales, subraya el investigador del IAS-CSIC.

Cabe recordar que la simulación mediante modelado de transferencia radiativa (RTM) en cubiertas vegetales es esencial en estudios ambientales que requieren estimaciones de parámetros biofísicos y estructurales, así como de flujos de energía y, por ende, de la salud de la vegetación o de su productividad. Hasta la fecha, estos procesos se han llevado a cabo principalmente con modelos RTM unidimensionales (1D), que presentan limitaciones en ecosistemas espacialmente heterogéneos.

En este contexto se propone Silvo como una solución intermedia innovadora, un modelo no RTM que permite generar representaciones 3D realistas con una cantidad limitada de datos estructurales y técnicas eficientes de trazado de rayos.

“El modelo desarrollado proporciona un equilibrio entre simplicidad, coste computacional y realismo en los resultados”, indica Hornero, quien apunta que los resultados demuestran el potencial de Silvo para complementar otras herramientas y ampliar su aplicabilidad en casos más complejos.