棉花形态建成模拟及可视化研究

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1、南京农业大学硕士学位论文棉花形态建成模拟及可视化研究姓名：周娟申请学位级别：硕士专业：地图学与地理信息系统指导教师：周治国20090601摘要棉花形态建成模拟及可视化研究要本文基于2005～2007年棉花品种、播期、氮素、水分和DPC化控试验，将系统分析方法和数学建模技术应用于棉花形态建成的研究，通过对棉花形态数据的定量分析，构建了棉花形态建成模型。结合OpenGL技术，在VisualC++6．0平台上实现了棉花虚拟生长系统VGSC(VirtualGrowthSystemforCotton)．1．

2、棉花形态模型的构建应用2005年试验数据，在综合考虑氮素、水分、化控等因子影响的基础上，通过对棉花形态数据的定量分析，采用Logistic方程描述各器官尺寸随GDD(生长度日，℃·d)的变化过程及其与氮素、水分及DPC的关系，构建棉花形态建成模型，主要包括：主茎叶长和宽、主茎叶柄长、主茎节间长和粗、果枝叶长和宽，果枝叶柄长、果节长和粗以及棉铃长和宽等模型。利用2006年的试验数据对模型进行检验，棉花主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃长宽的观测值与模拟值的

3、根均方差分别为0．85cm、0．82cm、O．87cm、0．57cm、0．86mm、0．65cm、0．74cm、0．8cm、0．73cm、0．16mm、0．36cm、0．4cm，模型预测性好。此外，为了虚拟显示的需要，利用2007年试验数据，建立了棉花的叶色模型。2．棉花各器官的可视化模拟根据棉花器官的三维形态特征，利用NURBS曲面描述叶片的几何结构，基于拍摄的叶片照片，选取几张典型的图片(一个裂片、三个裂片、五个裂片)，通过photoshop7．0勾勒出反映叶片轮廓的控制点，借助NURBS曲面

4、模拟叶片形状，然后以GDD为主线，以叶片形态模型为基本算法，计算出叶片实际尺寸，再结合已绘制图形进行缩放变形，实现虚拟叶片的伸长。通过叶色模型，完成棉花生长过程中叶色变化的虚拟实现。用圆柱体构建叶柄、节间、果节等形态简单的器官，以柱体的长度和上下底面的直径分别表示茎(节)的长和粗，其取值通过建立的棉花节间形态模型(棉花果节形态模型)获得，将形态模型模拟的茎(节)长和粗数据转化为显示模型中各点的坐标，然后选择合适的绘制模式进行绘制，实现茎(节)形态的可视化输出．最后根据棉花各器官间的拓扑结构将各个器

5、官组合在一起，利用形态模型中各个器官的同伸关系，实现整株棉花的虚拟生长显示。结果表明，该方法具有可控性高、灵活棉饨形态建成模拟及可视化研究度高等特点，是一种适合于棉花器官三维造型的好方法。3．棉花虚拟生长系统利用棉花的三维形态几何模型，采用面向对象的方法及OpenGL技术设计实现了棉花三维可视化系统。系统主要由参数输入、模型计算、存储系统、结果输出等几大部分组成。模型计算是本系统的核心部分，主要完成棉花的虚拟建成。数据库中存有品种数据、棉花形态特征参数最大值以及初始化的最优栽培参数值等，用户即可在

6、不输入任何数据的情况下直接实现棉花的虚拟生长，也可根据实际情况，修改数据库中各影响因子参数值，然后调用形态模型为可视化模型提供形态特征参数，实现棉花各器官、单株和群体的三维静态建模及生长过程动态模拟．关键词：棉花(GossypiumhirsutumL)；形态模拟；可视化；虚拟生长系统IlABSTRACTSTUDIESONSIMULATIONANDVISUALIZATIONOFMORPHOGE]NESISnNCOTTONBasedonthepottedplantresearchofcottonvar

7、iety,sowingdate，nitrogen，waterandDPCinthesummerseasonsof2005，2006and2007，withthesystematicanalysisprincipleandmathematicalmodelingtechniqueappliedtocoRonmorphogenesis，amorphologicalmodelWasdevelopedbythequantitativeanalysesofexperimentaldata．Andavirtu

8、algrowthsystemforcottonWasimplementedwithusageofOpenGLfor3DgraphicandMFCforgraphicallaserinterface．1．ConstructionofmorphogenesismodelforcottonBasedonthepotexperimentofcottonin2005，withtheconsiderationofnitrogen，waterandDPC，amorphologicalmodelf