基于智能虛擬器官的植物建模關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬植物是以計算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，融合人工智能、植物學(xué)和植物生理學(xué)等多學(xué)科門類的新興交叉研究領(lǐng)域，是國家數(shù)字農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分，也是農(nóng)業(yè)信息化的核心研究內(nèi)容之一，具有重大的理論意義與實(shí)用價值。目前的研究在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一些不足，如功能和結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)耦合性差、參數(shù)配置復(fù)雜，植物生長規(guī)律難以自動發(fā)現(xiàn)和提取，基于L系統(tǒng)的模型難以適應(yīng)復(fù)雜的器官功能和結(jié)構(gòu)等。
　　 針對現(xiàn)有研究工作的不足，本文圍繞虛擬植物建模方式及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)

2、行研究。論文工作的主要貢獻(xiàn)是提出了以智能虛擬器官為基礎(chǔ)的虛擬植物系統(tǒng)模型，通過建立智能虛擬器官生長推理過程來模擬器官的生理功能和生長形變，建立基于生長控制器的推理過程來實(shí)現(xiàn)虛擬植物的生長發(fā)育。主要研究成果包括：
　　 論文通過采集植物生理數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析和植物生理模糊神經(jīng)推理等方法自動提取了器官的生長行為規(guī)則，獲得器官的生理狀態(tài)參數(shù)和生長發(fā)育的生理及環(huán)境限制條件。采用離散壓力流模型和圖自動機(jī)計算模型實(shí)現(xiàn)了智能虛擬器官之間的物質(zhì)傳輸

3、與分配。建立了智能虛擬器官的自主化生理過程，實(shí)現(xiàn)生理功能。
　　 論文分別采用Bézier曲面和三維重構(gòu)技術(shù)來建立器官三維幾何模型。采用Wang Tiles算法來合成紋理，以獲得逼真的三維渲染圖像。分別通過調(diào)整幾何參數(shù)、三維Morphing和生長函數(shù)來實(shí)現(xiàn)虛擬器官的生長形變。通過集成的推理過程，計算新生器官獲得最大光照的最佳生長角度。
　　 論文構(gòu)造了生長控制器控制植物生長發(fā)育。建立由智能虛擬器官構(gòu)成的分枝網(wǎng)絡(luò)，來存儲虛

4、擬植物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、幾何形態(tài)和生理信息，并可直接解析出三維可視化圖像。生長控制器判斷各個器官所處的虛擬環(huán)境狀態(tài)，調(diào)用分枝控制器控制分生組織的生長發(fā)育。分枝控制器解析分枝規(guī)則，輸出分枝指令。分枝規(guī)則采用二維層次自動機(jī)描述和表示，可以人工觀測提取，也可以通過圖像處理和統(tǒng)計分析來自動提取。
　　 論文在本實(shí)驗(yàn)室具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬植物仿真軟件“PlantLab”基礎(chǔ)上搭建了仿真平臺，以辣椒為仿真對象，研究和模擬其在正常、單向光照、低溫、