虚拟植物整体生长研究

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3、

4、年6只影R虚拟植物整体生长研究ResearchonOverallGrowthofVirtualPlant姓江苏大学2011年6月江苏大学硕士学位论文摘要农

5、林业信息化己成为21世纪的重要发展趋势，以计算机为手段对植物生长进行建模与仿真，将为探索植物生命的奥秘和生长过程的规律，以及改善人类生存环境质量带来新的契机。虚拟植物是目前植物模拟研究的前沿，对研究生物工程、农作物的育种栽培、环境的调控、植物学教学和病虫害的管理等领域具有极其重要的意义。但是现有植物模型大部分还是对植物地上和地下分开进行模拟，而对植物整体生长的研究较少。从植物学的角度来讲，这样产生的植物模掣不具有生物学特性，忽略了根系与冠层的匹配问题，不适合在农业生产和科研教学中应用。伴随着虚拟现实技术的发展及其在虚拟植物研

6、究中的应用，以植物整体作为对象，已成为虚拟植物研究的新追求。由于植物的生长是根与冠的整体生长，是通过地上部分与地下部分的共同相互作用得以实现的。因此，构建植物整体生长的可视化模型，可更好地体现环境和根、冠关系对植物生长的影响，才能真正的应用于农业生产和科研教学中。因此本文以典型的易于观察和测量的植物水仙作为研究对象，在大量试验观测基础上研究并建立水仙整体的虚拟植物模型，进而构建出水仙整体的虚拟植物模拟模型及其可视化模型。在此基础上开发一个虚拟植物整体生长系统，对水仙植株整体的生长过程进行模拟，验证了水仙整体模拟模型从侧面对植

7、物根、冠异速生长模型进行了验证，为研究植物整体生长发育状况提供建模方法和可视化模型，从而在植物学教学中使学生在植物冠层与根系漫游，不受时间的限制，灵活地观察到虚拟植物整体的三维动态生长过程，可以使教学达到更加满意虚拟植物整体生长研究的效果。本文的主要工作包括以下内容：(1)建立水仙根和叶的形态发生模型在分析水仙根和叶的形态结构特征基础上，基于试验观测数据建立根的生长模型及叶片的形态模型；根的模型主要通过实验数据建立的曲线拟合获得；基于物理学和生物学，构建叶的形态模型包括叶脉曲线数学模型和叶片轮廓模型。(2)建立植株整体的拓扑

8、结构模型基于植物学的知识，通过模型假设，根据双尺度自动机原理建立水仙整体的拓扑结构模型。同时引入生理年龄和异速生长理论，结合水仙的形态发生模型和动态生长模型，得到不同生理年龄植株的器官形态进而建立水仙整体的生长发育过程。(3)水仙整体生长模型的可视化验证基于面向对象的系统设计方法，采用模块化编程，对水仙整体生长模型进行了可视化验证。通过相关生长参数控制水仙整体的形态结构变化，对不同生理年龄植株整体生长进行了可视化模拟，结果表明模型模拟结果与水仙植株的形态结构变化规律一致，从侧面进一步验证了植物根、冠异速生长模型。关键词：虚拟

9、植物，水仙，整体生长模型，双尺度自动机，可视化Ⅱ江苏大学硕士学位论丈ABSTRACTInformationizeofagricultureandforestryhasbecomeanimportantdevelopmenttendencyinthe21stcentury,bymeansofcomputer,modelingandsimulationofplantgrowthwillbringnewopportunitiestoexplorethemysteriesofplantlifeandtheruleofgrowthpr

10、ocess，aswellastoimprovetheenvironmentalqualityofhumanexistence．Theresearchofthevirtualplantisintheforwardpositionofplantsimulationstudyatpresent，