虛擬植物生長(zhǎng)模型及其與智能系統(tǒng)集成研究.pdf

1、該研究結(jié)合國(guó)家863課題,以虛擬植物生長(zhǎng)研究為主線(xiàn),以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為背景,深入探討了虛擬植物生長(zhǎng)建模及其與農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)的集成問(wèn)題.研究的主要內(nèi)容和取得的一些創(chuàng)新性成果主要集中在以下幾個(gè)方面:植物學(xué)家定義的二十三種植物構(gòu)造模型能夠精確描述植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的連續(xù)變化特點(diǎn).該文在對(duì)這些植物構(gòu)造模型及相關(guān)植物學(xué)研究的基礎(chǔ)上,提出一種植物形態(tài)建模方法.該方法可以概括為兩個(gè)步驟:使用構(gòu)造模型建立植物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu),然后使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)渲染植物

2、的三維結(jié)構(gòu),以獲得理想的三維植物圖形.該文提出的這種方法,能夠逼真地模擬大多數(shù)植物的外形結(jié)構(gòu),可以交互地進(jìn)行植物形態(tài)的三維布局設(shè)計(jì).作為一種植物形態(tài)發(fā)生模型,這種建模思想,有助于促進(jìn)以植物為對(duì)象的自然景物模擬方法的進(jìn)一步發(fā)展和完善.植物體的特有結(jié)構(gòu)為發(fā)展可復(fù)用的植物組件提供了可能.在植物三維建模模型中引入了組件技術(shù),將不同的植物器官、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述模型、渲染算法等做成不同的組件,在軟件的指引下,用戶(hù)通過(guò)交互,采用組裝技術(shù),能夠方便地生成各

3、種美麗的植物圖形.為模擬農(nóng)作物的真實(shí)生長(zhǎng)過(guò)程,可視化顯示不同生理生態(tài)因素下農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況,研究了植物的結(jié)構(gòu)-功能反饋機(jī)制,在此基礎(chǔ)上總結(jié)了建立虛擬植物生長(zhǎng)模型的一般過(guò)程.以溫室番茄為例,在生長(zhǎng)單元的水平上建立了基于積溫因子的虛擬番茄生長(zhǎng)模型,從生理功能和形態(tài)結(jié)構(gòu)相互影響的角度模擬了不同溫室溫度下番茄的生長(zhǎng)狀況和生長(zhǎng)過(guò)程.針對(duì)目前對(duì)虛擬植物生長(zhǎng)模型的評(píng)價(jià)缺少通用的、可量化的有效手段,提出一種"主—客觀(guān)綜合評(píng)價(jià)"方法用于虛擬植物生長(zhǎng)模

4、型的有效性確認(rèn).該文研究了虛擬植物生長(zhǎng)模型與農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)知識(shí)模型的集成機(jī)制,利用植物的生理生態(tài)模型輔助專(zhuān)家系統(tǒng)決策,可視化地表達(dá)專(zhuān)家系統(tǒng)的決策結(jié)果.在原有智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出一種基于虛擬植物生長(zhǎng)模型的新型智能系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上,采用雄風(fēng)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)XF6.1,以溫室番茄生產(chǎn)管理為實(shí)例,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于虛擬生長(zhǎng)模型的溫室番茄栽培管理專(zhuān)家系統(tǒng).基于二十三種構(gòu)造模型的植物形態(tài)建模方法,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的植物建模軟件VPG-1.在此