黄瓜生长可视化系统的设计与实现

利用计算机更好地模拟植物的生理过程、形态结构及生态变化的关键是确定虚拟植物模型。文中采用双尺度自动机模型模拟植物生长,对作物器官进行三维几何建模,以黄瓜为例设计并实现了作物生长可视化系统。该系统易于交互、真实感强、计算速度快并具有可扩展性,可以较好地模拟显示黄瓜整体植株与群体植株、群体漫游及黄瓜植株和黄瓜器官三维动态生长过程等。     

黄瓜生长可视化系统的设计与实现

利用计算机更好地模拟植物的生理过程、形态结构及生态变化的关键是确定虚拟植物模型。文中采用双尺度自动机模型模拟植物生长，对作物器官进行三维几何建模，以黄瓜为例设计并实现了作物生长可视化系统。该系统易于交互、真实感强、计算速度快并具有可扩展性，可以较好地模拟显示黄瓜整体植株与群体植株、群体漫游及黄瓜植株和黄瓜器官三维动态生长过程等。     

虚拟玉米植株三维动态建模

研究虚拟植物生长发育过程,为克服传统建模中玉米器官生长形态定义不够精确和生物学意义缺失,采用实际田野实测,引入动力学,给玉米植株生长模型赋予生物学意义,提出玉米植株生长造型更为精确的描述,根据图形学技术构造玉米植株生长过程的三维几何形态,对不同生长期的形态变化进行动态仿真,实验结果表明与实际拍摄的玉米植株生长发育过程一致.模型可控性强、真实感强,能较好地仿真玉米植株的生长过程.     

基于视频特征提取的虚拟植物动态仿真研究*

植物生长信息的提取与重构是在计算机上实现植物生长动态仿真的基础和关键。以树的生长为对象,将包含植物生长信息的视频图像转换为若干关键帧数据,提取反映植株拓扑结构与器官形态变化的特征信息,采用枝条拼接算法对植株拓扑变化过程进行重构。通过3DMAX开发平台对植株生长过程进行重建,结果表明该方法既能有效构建植株生长的数字化模型,又能较好地虚拟植物生长和形态演变过程。     

基于生长动力学的芦苇属植株虚拟生长模型

针对植株形态建模过程中由于缺乏生理生态特性而导致模型无法真实再现植株生长发育规律的问题,提出了一种基于生长动力学的植株形态变化模型构建方法。以芦苇属植株为例,首先研究了植株生长动力学特性,并以有效积温、生长速率变化等为驱动力构造了植株形态建成模型;其次,应用开放式L系统(Open-L)方法描述了植株冠层拓扑演变过程;最后,通过耦合植株拓扑与器官形体的几何模型及显示模型,给出了植株虚拟生长模型构建算法。实验结果表明,该方法实现了植株形态的可视化,并反映了植物生长机理,有利于动态掌握和预测植物生长发育状况。     

基于信息融合的植物生长数字化构建研究*

植物生长数字化是利用虚拟植物技术实现植物生长动态模拟的重要基础。通过实验观测提取特征信息,对植物生长信息与环境信息进行有机融合。依据植株拓扑变化规则及器官形态变化,建立植物形态发生模型。在植物生长信息重构基础上,提出植物生长数字化构建技术,即通过模型变换并基于信息融合将植物生长信息转换为直观的数字化信息。通过实例验证,表明该方法能有效地模拟植物在不同外部环境作用下的动态生长。     

小麦植株拓扑结构发生过程的仿真研究

以小麦作物为研究对象,采用小麦植株形态结构的观测分析,提出了由多层次自动机模型、植株拓扑结构数据模型和模型调度算法构成的小麦植株拓扑结构的发生过程仿真方法.多层次自动机模型将小麦植株拓扑结构的发展过程视为生长单元、叶元和器官三个不同层次基本结构的重复、迭代,并以此建立宏状态、子状态和微状态自动机,进行拓扑结构演变过程的控制和形式化描述;植株拓扑结构数据模型基于小麦分枝结构的特征,建立拓扑结构的抽象单元和抽象单元间的关系,实现植株拓扑结构的描述与结构化存储;模型调度算法以多层次自动机为控制机制,进行植株拓扑结构数据的动态更新.在此基础上,采用VC++/OpenGL建立小麦虚拟生长可视化系统,进行了植株拓扑结构发生过程仿真,结果表明,改进方法能够对小麦个体全生育期拓扑结构的演变过程进行准确仿真,与同类仿真方法相比较,具有拓扑发生规律形式化定义易于建模理解、拓扑结构发生仿真控制精确、拓扑控制与描述分离利于改进和扩展等特点,可为虚拟小麦生长研究提供技术支撑.     

基于三维模型转换器的虚拟植物可视化

提出了一个基于三维器官模型转换器来实现虚拟植物生长可视化的方法。该转换器的主要功能是在虚拟植物生长可视化系统内导入由三维建模软件所构造的具有表面细节的植物器官模型,之后结合L系统,实现由植物生长规律指导下的虚拟植物生长过程的实时模拟。实验结果表明,该方法改善了原有的一些虚拟植物生长可视化系统只考虑对器官进行几何建模,而忽略器官表面细节导致的展现效果真实感显著差异的缺陷。     

水稻叶片形态日变化过程可视化模拟研究

在实验测定的基础上,分析了水稻叶片几何形态随逐日生长时间动态变化的规律,分别构建了叶长变化模型、叶长与叶宽关系模型、茎叶夹角变化模型、以及不同叶位最终叶长模型和叶片出叶时间模型。结合水稻叶片的三维形态模型,在计算机上编程实现了水稻叶片器官形态逐日动态生长变化过程的可视化模拟,具有较强的真实感,为构建虚拟水稻生长系统奠定了基础。     

虚拟三维树叶变形的可视化研究

植物器官的真实感模拟和可视化表达,对于虚拟植物的研究和应用具有重要作用,针对植物的真实生长过程,为了仿真树叶在枯萎、老化过程中几何形态的变化,引入一种质点--弹簧模型的三维变形方法.对质点--弹簧模型的树叶网格模型的建立,确定了模型的关键因素:质点和弹簧;对模型中的质点确定,根据树叶在形态变化过程中受到的诸多外力因素和树叶本身的物理属性,进行了受力分析,建立了三维变形模型的微分方程,并进行仿真,并以点的位置变化来表现树叶形态的变化.实验结果与观察结果相近,说明质点--弹簧模型用于树叶的几何形态仿真具有可行性和有效性.     

基于碳动力学模型的虚拟拟南芥植物生长模拟

具有植物生理特征的花卉植物功能结构模拟是目前虚拟植物的研究热点。基于反映植物生长机理的碳动力学模型和L-systems的形态结构表达,提出了一种功能结构相统一的高度真实的虚拟植物生长模拟算法。利用L-systems的形态构造方法对拟南芥植物组织器官的动态生长规则进行了表达;植物生长基元（茎节间、叶、花）的分枝生长考虑了碳汇生物量在基元的传输和分配,并定义生长曲线函数描述叶片和节间在不同生长发育阶段的动态生长演替过程。实例证明该算法能较准确地模拟拟南芥的动态生长过程,模拟生长曲线跟实际生长曲线相吻合,验证了算法有效性。     

Prediction of power output of a coal-fired power plant by artificial neural network

Accurate modeling of thermal power plant is very useful as well as difficult. Conventional simulation programs based on heat and mass balances represent plant processes with mathematical equations. These are good for understanding the processes but usually complicated and at times limited with large number of parameters needed. On the other hand, artificial neural network (ANN) models could be developed using real plant data, which are already measured and stored. These models are fast in response and easy to be updated with new plant data. Usually, in ANN modeling, energy systems can also be simulated with fewer numbers of parameters compared to mathematical ones. Step-by-step method of the ANN model development of a coal-fired power plant for its base line operation is discussed in this paper. The ultimate objective of the work was to predict power output from a coal-fired plant by using the least number of controllable parameters as inputs. The paper describes two ANN models, one for boiler and one for turbine, which are eventually integrated into a single ANN model representing the real power plant. The two models are connected through main steam properties, which are the predicted parameters from boiler ANN model. Detailed procedure of ANN model development has been discussed along with the expected prediction accuracies and validation of models with real plant data. The interpolation and extrapolation capability of ANN models for the plant has also been studied, and observed results are reported.     

基于DLA的虚拟植物根系模拟方法研究

传统的根系研究模型注重于根系外观形态的模拟,而将根系的生理生态结合起来的模拟方法则较少。对于农业信息技术而言,根系生理生态的研究模型能更好地服务于农林业领域。文中在研究了DLA模型的特点及其应用的基础上,分析了基本DLA模型的不足并提出了一种改进的DLA模型,用于植物须根系的向水性模拟。该模型结合参数可控方法体现了植物须根系向水性的动态生长过程,一定程度上符合实际植物的生长机理,并在VC＋＋6.0上给出了模拟效果图。模拟结果显示,改进的模型能够逼真、细腻地模拟须根系的向水性生长形态。最后指出了改进DLA算法关于根系建模进一步的研究方向。     

交互式植物建模系统

植物建模是研究植物的形态结构及其生长发生过程的重要手段,也是计算机图形学的研究热点之一.文中设计出一套满足用户需要的、可以生成各种不同的植物形态结构的交互式植物建模系统.根据植物枝干的形态特征,在建模过程中首先采用迭代的方法生成若干不同的分枝,然后根据全局算法将不同的分枝组合成植物的整体分枝结构.用户可以通过系统提供的交互式界面调整参数,控制每一步的生成结果;在叶片建模过程中,结合植物形态学知识可提供大量的叶片模型以及叶序排列模式,用户选择相应的叶片模型或根据需要添加新的叶片模型.实验结果表明,该系统操作简单方便,生成的植物真实感较强.     

茉莉酸类化合物的QSPR研究

茉莉酸是一种新型植物激素,在植物生长及抵御外界侵害方面起着重要作用.本研究利用Cerius.分子模拟软件,分别用遗传算法和遗传偏最小二乘法建立定量结构-性质关系,所得模型通过显著性及预测能力的检测.结果表明,预测性能较好,对合成不同结构的茉莉酸类化合物,从中筛选出活性较高的植物诱抗剂,以及开发新型的能激发植物自身免疫系统起作用的无污染、高效率的生态农药,在理论上有一定的指导意义,从可持续发展的眼光来看,提供了一种环境友好的无公害治虫新途径,符合可持续控制农业病虫害的目标.     

虚拟植物生长的双尺度自动机模型

用来构造植物形态的计算机模型很多,但大部分模型用于自然景物的模拟,所研究的内容主要集中在计算机图形学方面。该文从植物学的角度出发,提出了微状态和宏状态的双尺度概念,建立了虚拟植物生长的双尺度自动机模型,该模型考虑了植物的生长机理,参数物理意义明确,结构简洁条理,形象直观,易于理解和编程实现,并且应用了符合植物顶芽和腋芽发育过程的概率模型,更适合模拟真实植物的生长过程,通过与“L系统”和“参考轴技术”这两种著名的植物生长模型的比较,以及给出了用该模型模拟植物学家提出的构造模型的例子,证明了该模型实用有效。     

基于局部环境敏感的动态植物建模研究

通过在L-系统中引入提问模块和剪枝函数,对植物剪枝后内部资源分配发生改变的情况进行L-系统建模,并通过仿真实验分别实现了一个二维空间的植物抽象发展过程和一个三维空间下的植物剪枝模型。实验表明,这种建模方式可以很好地模拟植物剪枝后的生长变化过程,对虚拟农林、虚拟园艺的研究有一定借鉴意义。     

基于机器视觉的人工光植物工厂植物生长状况监测系统

设计了一种基于机器视觉的人工光植物工厂植物生长状况监测系统,主要利用机器视觉技术对植物工厂中植物生长进行无损监测,获取植物的生长信息.同时解决了针对LED偏色光情况下,获取植物前景图像不完整的问题.利用该系统可以快速、准确地获取植物生长的叶面积等参数,实现植物生长状况的实时监测,为植物生产过程中有关作业的自动化奠定了基础,具有广阔的应用前景.