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《南京农业大学》 2010年
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基于模型的小麦根系可视化研究

谈峰  
【摘要】:虚拟根系是在计算机上以可视化的方式模拟根系在三维空间中的形态结构变化规律及其生长发育过程,是虚拟作物研究中的重要组成部分,在农学、生态学、虚拟教学以及提高虚拟作物生长研究整体水平具有十分重要的现实意义和广泛的应用前景。本文以小麦根系为研究对象,以生长度日(GDD)为驱动因子,基于不同试验资料,初步构建了小麦根系三维形态模型。然后,结合模型输出的形态特征参数和拓扑结构,利用三维几何建模技术,构建了小麦根轴的三维几何模型,并实现对小麦根系的三维重构;基于OpenGL图形平台,利用纹理、光照、碰撞避让等真实感显示技术,实现不同条件下小麦根系三维形态的可视化表达;最后,利用组件化和可视化技术开发了数字化可视化的根系生长系统。研究结果为进一步建立完整的可视化小麦生长系统奠定了技术基础。 通过温室桶栽和水培试验对小麦根系形态建成进行系统观测,采用3 Space Fastrak三维数字化仪和WinRhizo根系分析仪提取了小麦根系的长度、分枝根数、夹角等形态特征参数,利用数学建模技术,结合植物学理论分析根系的拓扑形成规律,构建了小麦根轴的几何形态模拟模型,包括根轴生长模型、分枝几何模型和根轴曲线模型。 基于已建立的根系几何动态生长模型,应用Visual C++和OpenGL图形库,结合小麦根系的基本模式,确定相应的图元;然后利用根系形态模型输出的各个生长阶段每条根轴及其根段的形态特征参数和相应实测形态数据,创建根轴、根段及根轴类型等数据结构,编制递归算法计算根轴生长量并新建分枝根,完成根系动态可视化生长,最终实现对整个小麦根系进行三维重构。利用三维图形技术,综合纹理映射、光照渲染、随机抖动处理,并进一步提出了根系间碰撞检测的方法和相应的响应机制,实现对小麦根系生长分布的可视化模拟。 基于小麦根系形态模型和可视化模型,利用组件化和可视化技术开发了数字化可视化的根系生长系统。该系统可以模拟不同条件下小麦根系生长可视化,展示不同品种类型、不同水分、氮素处理下根系生长的动态过程。此外,系统还设置了图像的编辑,缩放,旋转光照,存储及打印预览功能等。该系统的实现为构建数字化可视化小麦生长系统奠定了基础。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S512.1;S126

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 雷晓俊;基于组件的小麦生长可视化技术[D];南京农业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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