油菜植株形態(tài)結(jié)構(gòu)模型及可視化.pdf

1、虛擬作物是對作物在三維空間中的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生長過程的計算機仿真，是植物學(xué)家進行模擬研究的重要工具。它是計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的一個方面，也是作物栽培、作物生理生態(tài)和作物育種研究的一個新方向。虛擬作物可促進人們對作物生長過程的理解和感知，為分析作物結(jié)構(gòu)功能關(guān)系、設(shè)計理想株型以及調(diào)控生長模式等提供技術(shù)支撐。
　　 本研究在綜合國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以油菜為研究對象，基于2007-2008和2008-2009年不同品種和氮素水平試

2、驗，運用系統(tǒng)分析原理和數(shù)學(xué)建模技術(shù)，綜合油菜各個器官形態(tài)生長過程與主要環(huán)境影響因子間的定量關(guān)系，構(gòu)建了基于生長度日(GDD)的油菜主莖葉片、分枝葉片、主莖、分枝、花柄、花蕾和角果形態(tài)結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)用面向?qū)ο缶幊淘O(shè)計技術(shù)，在Visual C++平臺上引入OpenGL技術(shù)，構(gòu)建了油菜花朵和角果的虛擬顯示模型。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.建立了主要效應(yīng)因子模型
　　 運用數(shù)學(xué)建模方法，構(gòu)建了溫度、氮素等效應(yīng)因子模型，該系列效應(yīng)

3、因子模型能較好解釋和響應(yīng)各因子對油菜器官形態(tài)生長動態(tài)的影響。
　　 2.建立了油菜營養(yǎng)器官形態(tài)結(jié)構(gòu)模型
　　 根據(jù)2007-2008年試驗數(shù)據(jù)，以Logistic方程為基礎(chǔ)，在考慮氮素影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以GDD為驅(qū)動變量的油菜主莖和分枝葉片長度、寬度、葉柄長度及主莖高度、粗度和分枝長度形態(tài)建成的動態(tài)模型。利用2008-2009年試驗資料對所建模型進行了檢驗，結(jié)果表明，油菜主莖葉片、分枝葉片、主莖和分枝各個器官形態(tài)結(jié)構(gòu)模

4、型的根均方差（RMSE）值分別為1.212cm(n=265)、0.791cm(n=265)、0.467cm(n=194)、0.307cm(n=60)、0.218cm(n=60)、4.234cm(n=87)、0.091cm(n=87)、2.811cm(n=60),油菜器官形態(tài)建成的模擬值與觀測值具有較好的吻合度，說明模型具有較好的預(yù)測性和準(zhǔn)確性。
　　 3.建立了油菜生殖器官形態(tài)結(jié)構(gòu)模型
　　 在2007-2008年試驗的

5、基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了溫度、氮素對油菜花柄、花蕾和角果形態(tài)發(fā)生的影響，量化了溫度、氮素與各器官形態(tài)建成的關(guān)系，構(gòu)建了基于GDD和Logistic方程的花柄、花蕾和角果形態(tài)建成的動態(tài)模型。利用2008-2009年盆栽試驗資料對所建模型進行了檢驗，結(jié)果表明，花柄、花蕾、主軸角果、一次分枝角果、二次分枝角果的長度和寬度的模擬值與觀察值之間的RMSE值分別為0.167cm(n=60)、0.06cm(n=60)、0.047cm(n=60)、0.012

6、cm(n=60)、0.402cm(n=285)、0.033cm(n=285)、0.449cm(n=285)、0.037cm(n=285)、0.464cm(n=285)、0.039cm(n=285)。說明花柄、花蕾和角果形態(tài)建成的模擬值與觀測值具有較好的吻合度，所建模型具有較好的預(yù)測性和準(zhǔn)確性。
　　 4.建立了油菜花朵和角果虛擬顯示模型
　　 基于油菜花柄、花蕾和角果形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，利用OpenGL函數(shù)和二次曲面分別構(gòu)建了