基于模型的水稻根系可視化研究.pdf

1、虛擬根系是在計算機上以可視化的方式模擬根系在三維空間中的形態(tài)結構變化規(guī)律及其生長發(fā)育過程，是虛擬作物研究中的重要組成部分，在農學、生態(tài)學、虛擬教學以及提高虛擬作物生長研究整體水平具有十分重要的現實意義和廣泛的應用前景。本研究旨在作物學、應用數學、計算機圖形學、虛擬現實等眾多學科的理論和技術的基礎上，以水稻根系為研究對象，在借鑒國內外對作物根系模擬的研究方法，基于水稻根系生長的生理生態(tài)過程，構建了水稻根系形態(tài)模型；然后，基于計算機可視化技

2、術，研究水稻根系幾何模型、真實感繪制、根系間碰撞檢測與響應等關鍵技術；最后，基于面向對象的程序設計與軟構件技術，建立了基于模型的水稻根系可視化生長系統(tǒng)，實現了根系的逼真形象顯示。研究結果將為進一步從整體上研究水稻植株的生長可視化奠定基礎。
　　 將系統(tǒng)分析方法和幾何建模技術應用于水稻根系的形態(tài)建模，通過分析水稻根尖生長隨生育進程的變化模式，構建基于形態(tài)參數的水稻根系模型，進一步結合水稻根系拓撲結構，以生長度日(GDD)為驅動因子

3、，建立水稻根系形態(tài)動態(tài)模型，包括不定根初始發(fā)生時間和位置、不定根初始伸展角度、不定根的伸長速率、不定根的空間分布等模型算法；將主莖總葉片數、主莖伸長節(jié)間數、初始生長坐標、初始生長向量、根數、根長、根最大橫截面半徑等設為模型的主要控制參數，能較好地描述水稻根系生長的動態(tài)變化過程，參數的生物學意義明確，且容易與水稻其它形態(tài)模型相耦合，為實現水稻根系的虛擬生長奠定了基礎。
　　 針對水稻根系幾何建模描述，選取點、線段和圓柱等基本圖元實

4、現了水稻根系的三維圖形繪制。進一步利用計算機圖形學的真實感圖形顯示技術，如光照處理、顏色渲染、紋理映射等對生成的水稻根系幾何模型進行渲染處理，實現了具有較強真實感的水稻根系三維圖形顯示，并初步研究了根系間的碰撞檢測及響應機制。最后，通過模型主要控制參數的確定，提出了水稻根系動態(tài)生長信息存貯的數據結構以及根系的繪制機理，為實現水稻根系生長的可視化提供了關鍵技術支撐。
　　 最后，本研究利用Visual C++編程語言結合OpenG