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(jī)上以可視化的方式模擬根系在三維空間中的形態(tài)結(jié)構(gòu)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(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、虛擬教學(xué)以及提高虛擬作物生長研究整體水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。本研究旨在作物學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等眾多學(xué)科的理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，以水稻根系為研究對象，在借鑒國內(nèi)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(gòu)建了水稻根系形態(tài)模型；然后，基于計算機(jī)可視化技

2、術(shù)，研究水稻根系幾何模型、真實(shí)感繪制、根系間碰撞檢測與響應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)；最后，基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計與軟構(gòu)件技術(shù)，建立了基于模型的水稻根系可視化生長系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了根系的逼真形象顯示。研究結(jié)果將為進(jìn)一步從整體上研究水稻植株的生長可視化奠定基礎(chǔ)。
　　 將系統(tǒng)分析方法和幾何建模技術(shù)應(yīng)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(jìn)程的變化模式，構(gòu)建基于形態(tài)參數(shù)的水稻根系模型，進(jìn)一步結(jié)合水稻根系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以生長度日(GDD)為驅(qū)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?cè)~片數(shù)、主莖伸長節(jié)間數(shù)、初始生長坐標(biāo)、初始生長向量、根數(shù)、根長、根最大橫截面半徑等設(shè)為模型的主要控制參數(shù)，能較好地描述水稻根系生長的動態(tài)變化過程，參數(shù)的生物學(xué)意義明確，且容易與水稻其它形態(tài)模型相耦合，為實(shí)現(xiàn)水稻根系的虛擬生長奠定了基礎(chǔ)。
　　 針對水稻根系幾何建模描述，選取點(diǎn)、線段和圓柱等基本圖元實(shí)

4、現(xiàn)了水稻根系的三維圖形繪制。進(jìn)一步利用計算機(jī)圖形學(xué)的真實(shí)感圖形顯示技術(shù)，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(jìn)行渲染處理，實(shí)現(xiàn)了具有較強(qiáng)真實(shí)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(yīng)機(jī)制。最后，通過模型主要控制參數(shù)的確定，提出了水稻根系動態(tài)生長信息存貯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及根系的繪制機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)水稻根系生長的可視化提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
　　 最后，本研究利用Visual C++編程語言結(jié)合OpenG