小麥生長模擬模型與三維可視化技術(shù)研究.pdf

1、隨著計算機圖形技術(shù)與農(nóng)業(yè)知識的結(jié)合，作物形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的研究已跨入到數(shù)字化、可視化階段，在計算機上模擬作物的生長過程，實現(xiàn)作物形態(tài)結(jié)構(gòu)的定量分析、精確描述、可視化表達，對作物內(nèi)部各要素的狀態(tài)、生長過程進行定量計算、模擬和預(yù)測已經(jīng)成為可能。本文著重研究小麥作物的生長模擬和三維可視化，由于小麥形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生長過程受各種環(huán)境條件影響，不同生育期形態(tài)特征差異較大，存在分蘗、葉片彎曲、干枯等情形，逼真實現(xiàn)小麥的生長可視化是一個巨大挑戰(zhàn)。為了

2、解決上述問題，本文主要進行了以下研究:
　　(1)開展田間試驗，采集大量實測數(shù)據(jù)。在天津武清區(qū)以小麥品種“衡觀35”、“濟麥22”和“衡4399”為材料，在河南新鄉(xiāng)地區(qū)以小麥品種“偃展4110”為材料，開展田間試驗，采集小麥形態(tài)數(shù)據(jù)（葉長、葉寬、莖葉夾角、葉片高度、莖稈直徑、株高等）、氣象數(shù)據(jù)和紋理圖片等，為小麥生長模擬模型構(gòu)建和三維可視化研究準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。
　　(2)借助有效積溫，構(gòu)建小麥生長模擬模型。分析各品種小麥形態(tài)數(shù)據(jù)和

3、有效積溫的定量關(guān)系，用Logistic方程構(gòu)建小麥葉長、最大葉寬、葉片高度和株高模擬模型。經(jīng)數(shù)據(jù)檢驗，小麥生長模擬模型模擬值與實測值吻合度較好，表明模型精度較高，模型對小麥的動態(tài)生長具有較好的描述性和預(yù)測性。
　　(3)模擬小麥器官和個體幾何模型，構(gòu)建小麥形態(tài)結(jié)構(gòu)模型?；谛←溞螒B(tài)特征參數(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)，采用基于曲線、曲面的參數(shù)化建模方法，建立小麥葉片主脈控制點構(gòu)造算法，借助非均勻有理B樣條（Non-Uniform Rational

4、B-Spline，NURBS）曲面造型技術(shù)和3D圖形庫OpenGL，構(gòu)造小麥葉片、葉鞘、莖稈等器官幾何模型，并結(jié)合真實感圖形顯示技術(shù)（顏色渲染、紋理映射、光照處理等），繪制具有較強真實感的小麥個體幾何模型，構(gòu)建小麥形態(tài)結(jié)構(gòu)模型。
　　(4)開發(fā)小麥生長可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)小麥生長過程的三維可視化?；谛←溕L模擬模型，以有效積溫為驅(qū)動，計算各品種小麥每個生長日的形態(tài)數(shù)據(jù)，采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，以O(shè)penGL為3D圖形庫，開發(fā)小麥生長可