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《山东农业大学》 2004年
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小麦形态建成模拟及可视化研究

陈国庆  
【摘要】:小麦形态建成模拟模型对于完善小麦生长模拟模型,实现小麦生长的可视化表达具有重要的理论意义和应用价值。本研究基于小麦生理生态过程,在已经定论的小麦生长发育规律的基础上,以热效应为主线,结合小麦生长模型的部分输出参数,研究了不同小麦品种主要发育器官的生长变化过程,得出了适应性广泛的小麦主要器官的形态模型,在此基础上,以VC++为开发平台,结合OpenGL这一开发工具,初步实现了小麦形态结构变化过程的虚拟显示。模型检验及虚拟显示结果表明,本研究所建立的小麦形态建成模拟模型具有较好的解释性和预测性,从而为虚拟农作的发展提供了技术支持。 小麦器官的生长状况符合s型曲线,即logistic模型,以此为基础建立了叶片、茎、叶鞘生长的模拟模型。叶形是描述叶片形态最重要的一部分,本研究用沿叶长方向叶宽的变化来表示叶形,通过对不同品种不同叶位叶片宽度数据的统计分析,建立了叶形模拟模型。根据叶形模型,利用微分的知识精确模拟了叶面积的变化。从小麦叶片的露尖到定形的生长过程中,叶片的空中伸展状况随着叶长和茎叶夹角的变化而变化,用三维数字化仪提取了叶片在空中各点的三维坐标,经过坐标轴的转换,建立了叶片伸展曲线,利用坐标轴的旋转实现了叶片伸展曲线在叶片生长过程中的变化状态。不同品种的叶片弯曲状况不同,通过弯曲系数来表示品种的差异。根据颜色与光的内在关联,利用虚拟现实技术建立了叶色的模拟模型,同时建立了叶色与SPAD的关系模型,用SPAD的变化表示叶片的衰老过程,基于节间长度和叶鞘长度之间的关系,建立了叶鞘长度、节间长度、节间粗度的变化变化模拟模型。根据试验数据以及小麦生长发育规律建立了分蘖与主茎的关系和分蘖叶片的生长模拟模型。小麦植株各个器官在发育过程中有一定的同伸规律,本研究在总结此规律的基础上,结合试验数据, 以热时间为主线,建立了小麦各个器官生长的时间模型。检验结果以及虚拟显示的效果表明,模型具有较好的预测性。 以所建小麦形态模型为基本算法,结合小麦生长模型,在VC++平台 WP=9 上引入OpenGL动态链接库完成了小麦虚拟生长系统WVGS的开发。本系统由输入模块、内部处理模块、输出模块三部分组成。输入模块主要包括小麦播种的基本参数、小麦形态模型中的品种参数和小麦生长模型的输出参数。内部处理模块是本系统的核心部分,主要完成小麦的虚拟建成。首先,建立了小麦各个器官的模型及其虚拟生长形态,然后根据小麦的结构特征将各个器官组合在一起,利用形态模型中各个器官的同伸关系,实现了整株小麦的虚拟生长显示。在本模块中,用贝塞尔曲面来构建叶片、叶鞘的虚拟模型,将叶片形态模型中的参数转变为贝塞尔曲面上各点的坐标,通过坐标的变化实现了虚拟叶片的伸长、扭曲等。根据形态模型中的叶色模拟模型,利用OpenGL中光照的处理方法,完成了在小麦生长过程中叶色变化的虚拟实现。输出模块包括小麦虚拟生长形态的输出和各个生长指标的输出。本系统实现了场景的虚拟漫游,可以从各个角度,各个方向观察小麦的生长状况,各种特效,如阳光,雨水,雾气的选择加入,增加了小麦生长的真实感。在此基础上,增加了小麦生长指标的输出,从而为方便地了解小麦的生长过程奠定了基础。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S512.1

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【同被引文献】
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3 李孟军;小麦耐盐相关基因HKT克隆及多样性与功能研究[D];中国农业科学院;2006年
4 侯文胜;优化三种遗传转化体系创造转抗虫基因小麦(Triticum aestivum)新种质[D];西北农林科技大学;2001年
5 姜涛;小麦矮秆基因同源序列的克隆与BAC源合池的构建[D];中国农业科学院;2002年
6 李斯深;小麦产量性状QTL的分子标记定位[D];山东农业大学;2002年
7 苗红梅;小麦淀粉合成关键酶基因启动子的克隆与特征[D];河南农业大学;2004年
8 徐文忠;小麦春化相关基因元件克隆分析与小麦矮化突变体的研究[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2003年
9 戴艳;小麦组蛋白修饰酶基因及DNA甲基转移酶基因的分离及鉴定[D];中国农业大学;2005年
10 马守才;小麦多子房性状的遗传研究及AFLP分子标记[D];西北农林科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈国庆;小麦形态建成模拟及可视化研究[D];山东农业大学;2004年
2 张小村;小麦抗纹枯病基因的遗传和分子标记分析[D];山东农业大学;2004年
3 彭丹辉;小麦苗期热胁迫基因表达谱分析及相关基因的克隆[D];中国农业大学;2005年
4 朱永飞;小麦T型细胞质雄性不育育性恢复基因的SSR标记定位[D];中国农业大学;2005年
5 赵虹;小麦基因枪转化体系的建立和抗除草剂基因的导入[D];西南农业大学;2001年
6 许景升;小麦外源抗黄矮病基因相关片段的克隆和鉴定[D];河北师范大学;2003年
7 周章乐;小麦抗白粉病相关基因片段的筛选、克隆及序列分析[D];天津师范大学;2003年
8 刘丽;小麦叶片硝酸还原酶活性调控机制研究[D];山东农业大学;2005年
9 张新军;冬小麦不同密度下两品种混合群体效应的研究[D];河北农业大学;2007年
10 张立荣;小麦抗叶锈基因Lr37的ISSR分子标记[D];河北农业大学;2002年
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