Un equipo encabezado por el investigador Alberto Hornero, del Instituto de Agricultura Sostenible del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IAS-CSIC), ha desarrollado un modelo 3D de ray tracing denominado Silvo (Superposición Simplificada de Luz y Vegetación). Esta herramienta permite describir la estructura de las copas en formaciones vegetales heterogéneas utilizando un número muy reducido de datos de entrada: básicamente, la localización de cada árbol o arbusto, el tamaño de su copa y la geometría de la radiación 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 compresión de cómo los modelos y sensores --desde un vehículo aéreo o satélite-- 'ven' estos ecosistemas”, explica en una nota 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”.
El proyecto tomó forma durante una estancia en 2024 en el ITC (Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation) de la Universidad de Twente, en Países Bajos, y contó también con la colaboración de la Universidad de Córdoba (UCO), en el marco de la COST Action Pangeos (Pan-European Network of Green Deal Agriculture and Forestry Earth Observation Science).
En este trabajo, Alberto Hornero ha liderado el grupo responsable del modelo, se ha ocupado de programar el código, contrastarlo con mediciones LiDAR y diseñar la metodología para asegurar que la herramienta sea robusta y operativa en contextos reales. La colaboración con otros especialistas ha sido determinante para dotar al modelo de una visión más amplia y, especialmente, para avanzar en su conexión con modelos 1D ya consolidados, de forma que puedan incorporar capacidades 3D manteniendo la eficiencia computacional.
“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”, apunta, para destacar que “esto amplía notablemente el alcance de la herramienta y facilita su uso en aplicaciones con impacto directo en el seguimiento y la gestión de sistemas agroforestales”.
Aplicaciones en estudios ambientales y modelado de la vegetación
La simulación mediante modelos de transferencia radiativa (RTM) en cubiertas vegetales resulta fundamental en numerosos estudios ambientales, en los que se requiere estimar parámetros biofísicos y estructurales, así como flujos de energía, lo que permite evaluar el estado de la vegetación y su productividad.
Hasta ahora, estos análisis se han realizado mayoritariamente en cultivos con cubiertas relativamente homogéneas mediante modelos RTM unidimensionales (1D), que suponen una estructura uniforme en sentido horizontal. No obstante, este enfoque presenta limitaciones cuando se aplica a sistemas espacialmente heterogéneos, como masas forestales ralas e irregulares o determinados cultivos permanentes.
En paralelo, los modelos RTM tridimensionales (3D) han tratado de solventar esas limitaciones representando de forma explícita la estructura de la cubierta. Sin embargo, su uso conlleva un coste computacional elevado, la necesidad de disponer de grandes volúmenes de información estructural difícil de obtener y una inversión de parámetros más compleja, lo que reduce su aplicabilidad práctica.
En este escenario se plantea Silvo como un modelo no RTM que ofrece una solución intermedia para entornos con alta heterogeneidad espacial. La propuesta posibilita generar representaciones 3D realistas a partir de una cantidad acotada de datos estructurales y recurriendo a técnicas eficientes de trazado de rayos.
“El modelo desarrollado proporciona una herramienta innovadora para abordar entornos de vegetación donde la consideración de la heterogeneidad es relevante, ofreciendo un equilibrio entre simplicidad (en la definición), coste (en la ejecución) y realismo (en los resultados)”, indica Hornero, quien apunta que “los resultados obtenidos demuestran el potencial de Silvo para complementar otras herramientas”.
Según resalta, “los desarrollos futuros podrían orientarse hacia integraciones específicas o la inclusión de una mayor flexibilidad en la definición de la escena, aumentando así su aplicabilidad en casos más complejos”.