导读:本文包含了虚拟植物生长模型论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:虚拟植物,形态发生,分形,图像特征
虚拟植物生长模型论文文献综述
马学强[1]（2015）在《具有生长特征的虚拟植物模型研究》一文中研究指出虚拟植物的研究是以植物个体或群落为研究对象,以植物的形态发生为目标,对植物的生长发育过程进行模拟仿真的过程,而针对虚拟植物的系统建模和仿真是目前管理科学和工程学科一个重要的研究方向。近年来,虚拟植物的研究逐渐成为集植物学、农学、计算机图形学、信息科学、应用数学和可视化技术等多学科交叉的热门研究领域。虚拟植物模型是进行虚拟植物研究和应用的基础和关键,它一方面是从经验出发,对植物的形态结构、生理生态过程等进行抽象描述;另一方面则是运用数理方法对植物的生长发育过程进行定性或定量分析,从植物的拓扑结构和几何形态的发生、发育规律到植物结构与功能的互反馈机制以及受基因调控的植物表型构成,进行计算机可视化的过程。而利用先进的计算理论和技术,对植物生长发育过程进行定性和定量分析,并建立相应的数学模型,不仅可以为系统生物学的计算模型和可视化提供支撑,且在一定程度上可以预测和指导农林业的生产。本文的研究是在参与导师主持的山东省自主创新专项项目(项目号:2006ZZ10)中受到启发开始的,最初进行了分形植物的计算机可视化模拟研究。后来受到加拿大Calgary大学P.Prusinkiewicz研究团队的影响,基于L-系统开始系统性地对虚拟植物模型进行研究。同时,受冯献忠教授领导的山东省系统生物学重点实验室支持,为有效地开发和利用生物学数据,进行植物叶片图像的特征提取和分析,并构建植物的叁维几何模型和实现计算机可视化。经过多年的研究,在阅读大量文献的基础上,从植物的分形模型、植物器官模型到完整的植物形态构成,基于广义L-系统的植物形态发生模型,并结合基因表达式编程思想,提出一种自适应的植物形态智能进化模型。因此,通过对植物表型不同生长机理的研究,努力从系统性的观点构建虚拟植物模型,在满足植物最佳株型设计要求的同时,最终建立具有物理意义明确、结构简洁条理、易于理解和编程实现的虚拟植物计算模型并进行计算机可视化,以便能够在一定程度上预测和指导农作物的生产,支持精准农业的研究和应用。经过长期深入的研究,达到了预期的目的,取得了理想的结果,本文的主要研究内容包括以下几个部分:1.从植物生长表现出的自相似性特征出发,基于分形几何理论,提出了一种植物表型的分形量化生长模型,作为快速构建植物形态发生的一种重要途径。自然界中的植物在一定尺度下表现为一个多级的自相似系统,在形态构成、植物分布以及生长过程中所表现出来的分形特征,很难用线性的、光滑的观点II去认识和研究,具有复杂性、非线性等特点。而分形植物的建模和仿真过程大多采用递归或迭代的方法来实现,从分形植物形态发生的算法复杂性分析来看,则那些具有分形特征的植物是简单的。因此,本着将复杂问题简单化的基本原理,基于分形几何理论,在深入研究植物的分形特征表现以及分形植物的重构方法后,提出一种便于计算机实现的分形植物量化模型,从而为植物的分类和识别、环境对植物的影响力分析等问题的求解提供了一个崭新的手段和视角。2.侧重于应用,基于图像特征分析与表示,提出利用改进的Snake模型提取和计算植物的叶片特征,并以此为约束,进行大豆叶片的叁维重构。这部分工作的基础是图片文件预处理和图像特征的分析表示,主要包括两方面:(1)植物叶片特征的处理和分析:一是在RGB颜色空间上,通过对叶片图像的灰度化、二值化等处理,利用经典的图像处理算法完成植物标本叶片图像特征的提取和计算;二是基于HSI颜色模型,对具有复杂背景的植物叶片彩色图像,通过Harris算子进行角点特征的提取,在此基础上利用改进的Snake模型算法进行植物叶片的轮廓拟合,基于链码法求解相应的生物量,如叶面积、周长、叶长宽比等。(2)植物叶片的叁维重构和变换:以获取的生物量计算结果为约束,基于B-样条曲线、曲面对叶片轮廓进行拟合插值,以Hausdorff距离对拟合误差进行评判,并通过节点插补算法对叶片轮廓进行调整,以特征点匹配为目标,使得叶片轮廓的插值拟合达到最优程度。最终,构建植物叶片的叁维可视化模型,并实现在叁维空间上的自由变换。仿真结果也表明,基于图像特征的计算分析和叁维重构是进行生物学形态建模的一种非常有效的方法,是自动构建植物动态模型系统的重要组成部分。3.拓展L-系统的仿真计算功能,融合结构-功能模型,提出了一种广义L-系统模型,并对L-系统的建模能力进行了分析和讨论。基于L-系统的虚拟植物建模方法,最初是一种主要针对分形植物的描述性经验模型,目前已向着融合植物生长机理的动态解释性模型方法转变。因此,本文从L-系统的定义和构成出发,从植物的分枝模式、几何形态、生长机制以及植物与外部环境的交互等四个方面,对L-系统的植物建模仿真计算能力进行深入研究,从而提出一种广义L-系统模型。该模型将植物的生长发育抽象为一种多层次的、结构可变的动态功能转换系统。首先,基于构筑原理,由分枝节点的位置信息决定分枝模式,建立植物分枝结构的描述性经验模型,并基于双叁次B样条细分的多分辨率曲线方法构建分枝的几何形态;其次,引入分枝轴的生物力学机制,基于反应-扩散-对流方程,构建植物的功能性分枝模式;最终,融合植物器官的建模方法,并考虑植物与环境的交互,符合植物生长的结构-功能建模要求,按照Markov过程的状态转移策略,以微分海龟几何为基础,构建虚拟植物的动态可视化物理模型,以满足一般植物的建模要求。该模型的提出,改进了L-系统对虚拟植物的建模仿真功能,拓宽了L-系统的应用领域,也为与其他模型的结合奠定了基础。4.为建立生物学和形态建模之间沟通的有效机制,更好地开发和利用生物学数据,应用数字命名代码系统,提出一种基于L-系统的大豆分枝形态量化模型。该部分从生物学实验数据出发,以功能-结构原理为基础,以管道模型理论为指导,以大豆作为模式植物,通过非线性回归分析,在获取大豆株高的经验模型及株高的分布区间后,使用锥形茎和S-曲线方程完成大豆主茎、分枝和分节的量化计算,并应用数字命名代码系统提出一种基于L-系统的大豆分枝形态量化模型,这是构建植物形态发生智能进化模型的基础。5.满足植物表型多样性、可塑性的特点,基于基因表达式编程思想和广义L-系统模型,提出一种自适应的虚拟植物形态发生智能进化模型。该部分基于基因表达式编程思想和广义L-系统,在形态量化计算的基础上,提出一种自适应的植物形态发生智能进化模型,不仅可以减少建模过程中的人工干预,自动获取模型参数,快速构建植物形态进化过程中的初始种群,提高算法的搜索效率;而且结合聚类分析原理的个体适应度评价函数计算,能够自动筛选出每一代中的优良个体,以满足植物表型多样性、可塑性等的要求,为植物最佳株型的自动设计注入活力。同时也为辅助决策系统生物学建模、分析和计算等诸多方面提供了一种新的计算思维和模式。在长期研究工作的基础上,为能够系统地、全面地构建完整的植物表型,本文从自然植物的分形现象出发,按照生物学建模方法,忠实于实际的植物生长机理,分别对植物的器官模型、实验数据的量化模型、计算机可视化模型等展开研究,并进一步探讨了植物表型的智能进化模型。这些研究成果,也必将为后续工作中植物表型受基因调控的研究提供有力的支撑。(本文来源于《山东师范大学》期刊2015-06-27）
周赟,淮永建,吴文美[2]（2015）在《基于碳动力学模型的虚拟拟南芥植物生长模拟》一文中研究指出具有植物生理特征的花卉植物功能结构模拟是目前虚拟植物的研究热点。基于反映植物生长机理的碳动力学模型和L-systems的形态结构表达,提出了一种功能结构相统一的高度真实的虚拟植物生长模拟算法。利用L-systems的形态构造方法对拟南芥植物组织器官的动态生长规则进行了表达;植物生长基元(茎节间、叶、花)的分枝生长考虑了碳汇生物量在基元的传输和分配,并定义生长曲线函数描述叶片和节间在不同生长发育阶段的动态生长演替过程。实例证明该算法能较准确地模拟拟南芥的动态生长过程,模拟生长曲线跟实际生长曲线相吻合,验证了算法有效性。(本文来源于《计算机工程与应用》期刊2015年21期）
高思聪,陈刚,付忠良,李文杰[3]（2013）在《龙眼幼苗的虚拟植物生长发育模拟模型》一文中研究指出提出了一种可实现植物幼苗的生长发育模拟的结构—功能模型。首先,根据幼龄植株的结构特点简化定义结构模型,根据光合作用模型和生物量分配模型构建虚拟植物功能模型;然后,以功能模型中计算的生物量作为中间变量与结构模型耦合,而结构模型再把植物器官结构形态变化数据反馈给功能模型,至此形成互反馈的结构—功能模型。利用该虚拟植物结构—功能模型,以VC++和OpenGL开发了VirtualPlant软件用以研究虚拟植物的生长规律,并以龙眼幼苗为实验对象,实现其生长发育模拟。(本文来源于《计算机应用》期刊2013年S2期）
敬松,方逵,沈陆明,张晓玲[4]（2013）在《基于时控L系统的虚拟植物生长叁维结构模型》一文中研究指出表现出植物生长过程的连续性,有效地描述植物根与冠两者间在生长速度上的关系,对虚拟植物生长模型研究有重要意义。为此,用时控L系统来描述植物的拓扑结构以及生长连续性的条件,依据异速生长模型和植物生长函数描述植物根与冠的生长关系,构建了基于时控L系统的虚拟植物生长叁维结构模型。同时,通过对PlantVR平台的植物生长构建规则进行改进,实现了该模型在此平台上的仿真。仿真实验表明:该模型能够清晰地表现植物生长过程的连续性,有效地描述植物根与冠两者间在生长速度上的关系,并对植物生长可视化有一定的借鉴意义。(本文来源于《农机化研究》期刊2013年05期）
敬松[5]（2012）在《虚拟植物叁维生长过程模型构建的关键技术研究》一文中研究指出虚拟植物是指利用计算机和可视化相关技术将植物在虚拟空间中结构的发育与生长过程进行仿真、并以叁维图像进行展现的技术和方法。它是数字农业和智能农业的重要内容之一,也是农业信息化技术的重要组成部分。因此,对它的研究,具有重大的理论意义和现实意义。由于虚拟植物的研究涉及到计算机、数学、农业和生态学等多个学科的知识以及其本身的复杂性,使得目前的研究成果跟实际的应用之间还存在着较大的差距。比如,植物的生长规则难以提取、植物器官的构建对设备的依靠性较强且构建过程较复杂、虚拟植物的建模方式无法表示植物生长过程的连续性等。针对现有系统和构建方法的局限和不足,本文围绕虚拟植物生长过程的构建方法及关键技术进行了研究。论文在对分形理论与方法深入研究和分析基础上,将二叉树、图形图像学及异速生长模型等理论与方法引入了虚拟植物叁维生长过程模型的构建研究中,使其能提取分枝植物的生长规则、较快速对植物叶片进行仿真以及表现虚拟植物整体生长的连续性,并以叁维的方式在计算机屏幕上对植物的生长过程进行再现,为虚拟植物的研究提供新的思路与方法。论文的主要工作包括以下几个方面的内容：1.虚拟植物叁维分枝结构的规则提取。在二叉树的相关理论的基础上对其进行扩展,提出类二叉树,并用类二叉树来简化分枝植物的生长规则。结合叁维L系统方法,对提取的规则进行系统化和规范化。从而建立完整的分枝植物的生长规则。2.虚拟植物叶片库的建立。通过对植物叶片的叁维形态特征的提取,结合图形图像学的方法与理论,提出了基于图像与L系统相结合的植物叶片形态特征重构的研究方法,实现植物叶片的快速仿真。3.虚拟植物的动态叁维生长过程的仿真。利用时控L系统来描述植物的拓扑结构及生长连续性的条件,依据异速生长模型和植物生长函数描述植物根与冠的生长关系,构建基于时控L系统的虚拟植物生长叁维结构模型,对PlantVR平台的虚拟植物构建规则进行改进,并进行仿真实现。(本文来源于《湖南农业大学》期刊2012-04-25）
董莹莹,赵星,王纪华[6]（2011）在《基于GPU的虚拟植物生长的双尺度自动机模型实现方法》一文中研究指出为提高双尺度自动机模型绘制植物图形的速度,给出其基于图形处理器(GPU)的并行实现方法。该方法将拓扑结构与归一化植物器官相结合构造叁维植物图形:首先在GPU顶点着色器(vertexshader)中构造拓扑结构,然后在GPU几何着色器(geometryshader)中实现几何造型,最后将几何结构数据渲染到帧缓存中显示。选取植物学家给出的一株白杨进行基于GPU的生长模拟试验。结果显示,随绘制顶点数的增加,采用GPU进行绘制,相对CPU而言,其加速比可以从几倍扩大到十几倍以上。该方法可进一步应用于大规模自然场景绘制、虚拟农业等领域。(本文来源于《农业工程学报》期刊2011年05期）
张喆,王爱新,李春友[7]（2008）在《基于L-系统的虚拟植物生长模型设计》一文中研究指出现代农业发展需要植物生长模拟技术的支持,而迅速发展起来的虚拟植物模拟也成为研究作物生长领域的一个热点。为此,研究了L-系统方法用于描述虚拟植物生长的表达机制。基于植物形态的分形特征,采用L-系统方法,在虚拟植物生长方面,结合计算机图形学技术的有力支持,对植物生长过程进行了模拟研究。(本文来源于《农机化研究》期刊2008年10期）
左丹霞,聂敏,周梦亮[8]（2008）在《基于L系统虚拟植物生长模型的研究》一文中研究指出器官是植物形态构建的关键因子。本文从虚拟植物生长工作基本原理,并从基于L系统技术来虚拟植物的生长出发,针对植物形态结构的复杂,虚拟植物生长的各器官之间存在着很强的交互性和协调性,及目前虚拟植物模型构建方法可能带来的非结构化等问题,提出了利用L系统构建虚拟植物模型的技术,结合油菜生长的具体实际,虚拟植物的生长;最后对虚拟植物各个器官之间的关系和不同环境的适用性等方面进行了展望。(本文来源于《农业网络信息》期刊2008年05期）
喻晓莉,杨国才[9]（2007）在《虚拟植物生长机模型构建技术研究》一文中研究指出针对虚拟植物在农林业中的应用,提出了基于双尺度自动机的"生长机"模型构建技术,对生理生态模型和形态发生模型的接口进行了定义,并兼顾生长机模型构建的普适性,采用模块化设计,减少了由于专用模型修改带来的大量代码改动,该技术经过验证取得了预期效果。(本文来源于《微计算机信息》期刊2007年31期）
唐卫东[10]（2007）在《基于生长模型的虚拟植物技术研究》一文中研究指出在建立植物生长模型时同时考虑植物的形态结构与生理功能变化,是构建反映植物生长规律的虚拟植物模型的关键问题,同时也能增强模型在现代农业生产中的应用。本文主要以北固山湿地优势植物芦苇作为对象,在大量试验观测基础上研究并建立芦苇的生长模拟模型,进而构建出芦苇的虚拟植物模拟模型及其可视化模型。在此基础上开发一个参数化虚拟植物生长原型系统,对芦苇植株在不同参数条件下的生长进行了模拟,从而通过直观的可视化方式为湿地芦苇植物生长发育状况的分析和预测提供理论依据和技术基础。本文的主要工作包括以下内容:1)提出虚拟植物生长的结构功能参考模型。依据虚拟植物的结构功能模型构建思想,构建出虚拟植物生长的结构功能参考模型,并根据植物形态构成及其生长规律,对虚拟植物生长的形态拓扑结构变化进行了定量化描述。2)建立芦苇的发育模拟模型。分析了北固山湿地自然条件及其优势种群芦苇的生长特性,采用生长度日法建立了芦苇发育模拟模型,确定了芦苇在各生育阶段的生长度日参数。3)研究了芦苇的形态发生模拟模型与生理功能模拟模型。在形态发生模型方面,依次建立了芦苇的茎高变化动态模型、芦苇的节间个数变化动态模型、叶面积指数变化动态模型;在生理功能模型方面,建立了芦苇的光合生产动态模型,并采用分配指数的方法建立芦苇的干物质分配模型,克服了分配系数在建立植株干物质分配模型时因不同水肥条件、试验取样差异等造成的较大误差,使得干物质分配的动态模拟具有较好的解释性和预测性。对当年人工移栽芦苇进行了生长动态模拟,与原生芦苇生长进行了比较。4)基于生长机建立芦苇的虚拟植物模拟模型。对芦苇植株的形态结构与生理学特性进行了相关假定,提出器官获取强度、器官扩展分布率和扩展分布函数、同化物的初分配和再分配等概念,建立了植株拓扑结构与累积生长度日的关系模型。在现有的同化物分配理论基础上,提出了同化物的再分配方法,并建立了器官获取强度大小与器官干物质分配指数的对应关系,确立了植株生长年龄为i时不同位置处的同类器官所获得的同化物模型,有机地将同化物的生产和分配过程融为一体。根据模型各参数特点,采用非线性函数参数的最小二乘估算法确定了各器官扩展分布率函数参数。在同化物再分配模型基础上,建立了植株的叶片、叶鞘、节间等器官的形态模拟模型,并对相关参数进行了分析和确定。利用2006年试验观测数据对所构建的模型进行了验证分析,结果表明模型达到一定的可靠性和准确性。5)研究了虚拟植物生长的可视化模型。在所构建的虚拟植物模型基础上,利用可视化技术,建立了虚拟植物生长的可视化模型。采用结构体形式有效地组织了构造单元、叶片、叶鞘、节间等对象包含的数据信息。提出植株拓扑结构信息图形化算法流程,并给出了构造单元的图形化方法。6)建立虚拟植物生长模拟系统,并对系统进行了应用。以Visual C++作为开发工具,结合开放式图形开发工具包OpenGL中的各图形函数模块功能,开发了一个参数化虚拟植物生长原型系统,利用该系统对湿地芦苇生长进行了预测与可视化模拟,验证了模型及相关算法的有效性和可行性。对影响系统模拟结果的参数进行了敏感性分析,并给出了这些参数的试验确定方法。(本文来源于《江苏大学》期刊2007-04-01）
虚拟植物生长模型论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
具有植物生理特征的花卉植物功能结构模拟是目前虚拟植物的研究热点。基于反映植物生长机理的碳动力学模型和L-systems的形态结构表达,提出了一种功能结构相统一的高度真实的虚拟植物生长模拟算法。利用L-systems的形态构造方法对拟南芥植物组织器官的动态生长规则进行了表达;植物生长基元(茎节间、叶、花)的分枝生长考虑了碳汇生物量在基元的传输和分配,并定义生长曲线函数描述叶片和节间在不同生长发育阶段的动态生长演替过程。实例证明该算法能较准确地模拟拟南芥的动态生长过程,模拟生长曲线跟实际生长曲线相吻合,验证了算法有效性。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
虚拟植物生长模型论文参考文献
[1].马学强.具有生长特征的虚拟植物模型研究[D].山东师范大学.2015
[2].周赟,淮永建,吴文美.基于碳动力学模型的虚拟拟南芥植物生长模拟[J].计算机工程与应用.2015
[3].高思聪,陈刚,付忠良,李文杰.龙眼幼苗的虚拟植物生长发育模拟模型[J].计算机应用.2013
[4].敬松,方逵,沈陆明,张晓玲.基于时控L系统的虚拟植物生长叁维结构模型[J].农机化研究.2013
[5].敬松.虚拟植物叁维生长过程模型构建的关键技术研究[D].湖南农业大学.2012
[6].董莹莹,赵星,王纪华.基于GPU的虚拟植物生长的双尺度自动机模型实现方法[J].农业工程学报.2011
[7].张喆,王爱新,李春友.基于L-系统的虚拟植物生长模型设计[J].农机化研究.2008
[8].左丹霞,聂敏,周梦亮.基于L系统虚拟植物生长模型的研究[J].农业网络信息.2008
[9].喻晓莉,杨国才.虚拟植物生长机模型构建技术研究[J].微计算机信息.2007
[10].唐卫东.基于生长模型的虚拟植物技术研究[D].江苏大学.2007