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土豆及其根系生长的模拟研究

解建侠

  对马铃薯地下组织的模拟研究是虚拟植物根系模拟的一个方面,虚拟植物根系模拟的重要工作是研究根构型,根构型即根系在生长介质中的三维空间造型和分布,因生长在不透明土壤中的根系难于被观测和分析解释,这就使得模拟模型成为研究相关问题的一种重要的补充方法。根构型计算机模拟系统具有较大应用价值,除了在学术上可利用其探讨植物根系生长型态及结构分析外,在农业生产的应用上,结合根系生长模式的模拟系统可用其定量分析和展现土壤环境条件对于作物生长的影响。根构型模拟系统的一个重要应用领域就是把根系在土壤中生长的过程可视化,以便植物研究人员直观地了解生长在土壤中的根系情况,增强了研究方法的便捷性。利用模拟模型的预测性,找出植物适应一定土壤环境的理想根构型,为选育或引种优质高产品种提供理论依据。 通过查阅大量文献,发现目前虚拟根系的研究主要集中在直根系或须根系上,根系的组成一般全部由根组成,构型较简单。而对于由根、茎组成的较复杂的马铃薯地下组织的生长过程很少有详细介绍,更没有用计算进行模拟,在这种情况下,鉴于马铃薯已成为云南省面积最大的高效作物之一,我们对马铃薯地下组织的生长情况展开研究。本文主要开展了以下几个方面的工作: 首先,结合田间样本采集和实验室种植观察的方法,详细分析马铃薯地下组织在不同时期的生长情况,确定其地下组织的构型特征:地下茎生长到60天左右会在其节上分支3-4条匍匐根、1条匍匐茎,匍匐茎长到2cm左右将会停止生长并在其尖端膨胀形成块茎,随后块茎体积不断增大直至形成成熟的马铃薯。通过实际测量和计算机图像处理的方法较全面的获取模型的重要参数,为了较全面了解马铃薯地下组织的生长规律,还进行了相关的曲线拟合。 其次,采用几何构造模型的植物根系建模方法,建立了马铃薯地下组织中地下茎、匍匐根、匍匐茎的三维实体模型,对于块茎的产生采用了类似于画圆的方法,对圆球的坐标随机处理,并利用纹理映射中的二维材质帖图方法加以完善。 最后,采用了动态的树状数据结构和递归遍历的方法,结合面向对象的Visual C++编程语言和OpenGL强大的图形库,根据前期的工作,编制了马铃薯地下组织的三维可视化模拟软件,实时显示马铃薯地下组织生长的三维图形,并在界面上输出相关的几何参数。 根据实测参数,已能在计算机上动态实现马铃薯地下组织的生长规律、构型特征,所做的模拟系统基本上满足可视化要求,模拟过程和结果较符合马铃薯地下组织实际的生长状态,说明所建立的模拟系统是有效的。本文提出的生长建模及模拟仿真方法具有较好的普遍性,可推广应用于其它种类马铃薯地下组织的生长模拟。……   
[关键词]:虚拟植物;根系模拟;马铃薯地下组织;可视化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2009年