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病虫害状态下作物叶片表观模拟方法

农业工程学报 2014年第2期30卷 169-175页

作者：苗腾赵春江郭新宇陆声链温维亮北京农业信息技术研究中心北京100097 农业部农业信息技术重点开放实验室北京100097 沈阳农业大学信息与电气工程学院沈阳110866

为了解决农作物病害三维场景难以模拟的问题,该文提出一种病虫害条件下叶片表观的模拟算法。该方法首先利用细胞纹理基函数控制病斑的形状、分布及扩散方式;之后为了模拟病斑在叶片上的堆积效果,采用shell模型进行模拟,并针对病斑的特点... 详细信息

为了解决农作物病害三维场景难以模拟的问题,该文提出一种病虫害条件下叶片表观的模拟算法。该方法首先利用细胞纹理基函数控制病斑的形状、分布及扩散方式;之后为了模拟病斑在叶片上的堆积效果,采用shell模型进行模拟,并针对病斑的特点,对病斑的颗粒感、高度变化以及周边叶色的变化情况均进行建模。试验结果表明,该方法可以真实地模拟植物叶片在病害状态下的表观,可以容易地与病害知识进行结合,实现基于环境数据驱动的白粉病病情变化过程模拟,为数字农业设计及农业科普培训动画的制作提供有力工具。

关键词：病害作物模型虫害控制数字植物

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基于数据约束的黄瓜叶片参数化建模

农业机械学报 2011年第1期42卷 171-176页

作者：苗腾赵春江郭新宇陆声链温维亮中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

提出一种基于数据约束的黄瓜叶片参数化建模方法。该方法首先通过对真实叶片形态数据的统计分析获得叶脉分布以及叶缘特征两类形态特征参数,用来约束叶片整体形状并分区域描述叶缘形态细节,再根据参数值计算出叶片轮廓特征点的三维坐标... 详细信息

提出一种基于数据约束的黄瓜叶片参数化建模方法。该方法首先通过对真实叶片形态数据的统计分析获得叶脉分布以及叶缘特征两类形态特征参数,用来约束叶片整体形状并分区域描述叶缘形态细节,再根据参数值计算出叶片轮廓特征点的三维坐标,利用轮廓中轴骨架建模方法生成叶片的三维网格,最后采用纹理贴图技术增加真实感。试验结果表明,采用该方法可以快速、灵活地构建出黄瓜叶片的三维形态,具有较强的真实感效果。

关键词：黄瓜叶片数据约束交互式设计参数化建模

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禾本科作物节单位研究进展

中国农业科技导报 2019年第2期21卷 62-70页

作者：王勇健温维亮郭新宇北京农业信息技术研究中心北京北京100197 国家农业信息化工程技术研究中心北京100197 北京市农林科学院数字植物北京市重点实验室北京100197 南京农业大学农学院南京210095

节单位(phytomer)是禾本科作物形态结构基本组成单元,是模块化理论在禾本科作物形态结构认知上的延伸,也是禾本科作物结构与功能的研究尺度之一。基于节单位结构与功能的模块化属性,综述了禾本科作物节单位的概念及其在作物结构与功能... 详细信息

节单位(phytomer)是禾本科作物形态结构基本组成单元,是模块化理论在禾本科作物形态结构认知上的延伸,也是禾本科作物结构与功能的研究尺度之一。基于节单位结构与功能的模块化属性,综述了禾本科作物节单位的概念及其在作物结构与功能研究中的应用。首先从节单位的概念出发,介绍了节单位概念发展过程;然后分别从结构和功能的角度对基于节单位的禾本科作物研究进展进行了总结,结构研究主要从拓扑结构、几何结构、形态建成三方面阐述,功能研究主要从光合产物分配、生育期预测和发育过程等方面进行分析;最后从节单位定义的规范性、几何结构重建、表型数据提取及显微结构等方面对基于节单位的禾本科作物结构功能研究进行了展望。

关键词：节单位叶元禾本科作物三维可视化形态建成

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植物三维形态虚拟仿真技术体系研究

应用基础与工程科学学报 2012年第4期20卷 539-551页

作者：肖伯祥郭新宇陆声链温维亮郭小东北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

植物形态结构及生命属性的数字化、可视化表达是现代农业的重要研究内容,开展数字植物研究具有重要理论意义和应用价值.提出数字植物三维形态虚拟仿真技术体系框架,按照数据-知识-模型的逻辑关系,从三维数据获取、几何建模、场景显示和... 详细信息

植物形态结构及生命属性的数字化、可视化表达是现代农业的重要研究内容,开展数字植物研究具有重要理论意义和应用价值.提出数字植物三维形态虚拟仿真技术体系框架,按照数据-知识-模型的逻辑关系,从三维数据获取、几何建模、场景显示和交互应用4个层次论述和总结了数字植物三维形态虚拟仿真关键技术,系统介绍了相关技术的理论基础和应用前景.重点阐述了数字植物三维形态虚拟仿真所面临的关键问题及可行的解决方案,以期为数字植物研究的进一步发展提供参考.

关键词：植物虚拟仿真技术体系

基于数据约束的植物叶柄三维形态交互建模方法

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农业机械学报 2012年第2期43卷 170-174页

作者：苗腾赵春江郭新宇陆声链温维亮中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

提出了一种基于真实数据并保持原始参数不变的植物叶柄器官建模方法。首先通过叶柄长度、叶柄半径参数建立柄的三维模型,并加入表面绒毛的模拟以增强真实感;为了丰富模型的形态,提出了基于交互的形态调整方法,该方法以关节链及逆向运动... 详细信息

提出了一种基于真实数据并保持原始参数不变的植物叶柄器官建模方法。首先通过叶柄长度、叶柄半径参数建立柄的三维模型,并加入表面绒毛的模拟以增强真实感;为了丰富模型的形态,提出了基于交互的形态调整方法,该方法以关节链及逆向运动学为基础,辅以误差补偿算法,使交互调整过程中模型的原始参数(长度、半径)保持不变。试验结果表明,该方法可以快速、灵活地构建出叶柄器官的三维形态,具有较好的真实感效果,且变形过程中参数的变化很小。

关键词：叶柄数据约束关节链逆向运动学建模

东北地区春玉米临界氮浓度稀释曲线的建立和验证

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中国农业科技导报 2019年第11期21卷 77-83页

作者：卢宪菊郭新宇温维亮于泽涛北京农业信息技术研究中心数字植物北京重点实验室北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

过量施氮是目前玉米栽培中存在的普遍现象,基于临界氮浓度稀释曲线计算得出的氮营养指数是诊断氮营养丰缺的重要手段。基于东北地区4个生态点的试验数据,构建了东北地区春玉米临界氮稀释曲线,并在此基础上建立了氮营养指数模型和需氮量... 详细信息

过量施氮是目前玉米栽培中存在的普遍现象,基于临界氮浓度稀释曲线计算得出的氮营养指数是诊断氮营养丰缺的重要手段。基于东北地区4个生态点的试验数据,构建了东北地区春玉米临界氮稀释曲线,并在此基础上建立了氮营养指数模型和需氮量模型,结果表明,东北地区春玉米地上部临界氮浓度与生物量符合幂函数关系。利用独立试验资料对建立的临界氮浓度稀释曲线进行检验,发现基于临界氮浓度稀释模型计算的氮营养指数可以准确诊断玉米植株的氮营养状况,并计算出实时的氮素需求量。该研究建立的东北地区春玉米临界氮稀释模型可以为该地区春玉米的氮营养诊断和动态调控提供较好的理论和技术指导。

关键词：春玉米临界氮浓度稀释曲线氮营养指数氮营养诊断东北地区

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基于三维数字化的玉米株型参数提取方法研究

中国农业科学 2018年第6期51卷 1034-1044页

作者：温维亮郭新宇赵春江肖伯祥王勇健北京农业信息技术研究中心数字植物北京市重点实验室北京工业大学计算机学院

【目的】玉米株型参数获取是玉米精确化育种和栽培研究的重要环节,研究解决玉米株型参数获取中存在的测量标准不一致、测量精度低、数据难以可视化、算法提取参数精度低等问题具有重要意义。【方法】本文利用三维数字化仪获取玉米植株... 详细信息

【目的】玉米株型参数获取是玉米精确化育种和栽培研究的重要环节,研究解决玉米株型参数获取中存在的测量标准不一致、测量精度低、数据难以可视化、算法提取参数精度低等问题具有重要意义。【方法】本文利用三维数字化仪获取玉米植株骨架结构,提出玉米茎、叶、雄穗和雌穗器官三维数字化获取标准规程。通过将植株三维数字化数据旋转至与Z轴正方向平行并平移至坐标系原点进行数据标准化,进一步根据三维数字化数据位置关系,结合各株型参数的定义实现了株高、叶片着生高度、叶片最高点高度、叶长、叶宽、叶展、叶倾角及叶方位角等主要株型参数的提取,同时提出一种新的玉米植株方位平面计算方法,通过构建植株方位平面与各叶方位角角度差绝对值之和作为目标优化函数,进一步对该L1优化问题进行迭代求解得到植株方位平面,当叶数量是偶数时,方法可以给出精确的方位平面区间,在此基础上,引入dev值作为评价植株叶相对植株方位平面偏离度的指标。【结果】利用6个品种吐丝期玉米植株三维数字化数据和人工测量参数数据进行株型参数提取方法验证。结果表明,方法提取的叶长、叶倾角、方位角误差较小,RMSE分别为3.44 cm、3.41°和8.23°,叶长和叶倾角的MAPE分别为4.06%和4.72%,叶宽因叶片在叶脉垂直平面上的曲线形态不一致导致误差相对较大,RMSE和MAPE分别为0.80 cm和7.21%。与传统负方向能量均值法相比,所提出新的玉米植株方位平面计算方法给出了玉米植株方位平面更确切的定量化描述,对于玉米株型的定量评价具有一定价值。【结论】基于三维数字化的玉米株型参数提取方法为玉米株型参数的提取与分析提供了一种精确、便捷、可视的技术手段,对于玉米株型表型组学、玉米功能结构模型及玉米株型优化研究具有重要作用。

关键词：玉米株型参数三维数字化植株方位平面

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基于t分布函数的玉米群体三维模型构建方法

农业工程学报 2018年第4期34卷 192-200页

作者：温维亮赵春江郭新宇王勇健杜建军于泽涛北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 数字植物北京市重点实验室北京100097 北京工业大学计算机学院北京100124

为利用少量实测数据快速构建能够反映因品种、环境条件、栽培管理措施等因素产生形态结构差异的玉米群体三维模型,提出基于t分布函数的玉米群体三维模型构建方法。通过实测数据构建主要株型参数的t分布函数,在其约束下生成群体内各植株... 详细信息

为利用少量实测数据快速构建能够反映因品种、环境条件、栽培管理措施等因素产生形态结构差异的玉米群体三维模型,提出基于t分布函数的玉米群体三维模型构建方法。通过实测数据构建主要株型参数的t分布函数,在其约束下生成群体内各植株主要株型参数,通过构造株型参数相似性度量函数调用玉米器官三维模板资源库中的器官几何模板,结合人工交互或图像提取的各植株生长位置与植株方位平面角2组群体结构信息生成玉米群体几何模型。利用三维数字化仪获取的玉米群体田间原位三维数字化数据所构建玉米群体计算得到的LAI与该方法构建玉米群体计算得到的LAI进行对比验证,结果表明:该方法所生成玉米群体叶面积指数与原位三维数字化数据所构建玉米群体计算得到的LAI相比,误差在±2%以内,可以满足面向可视化计算的玉米结构功能分析研究需求。方法可为玉米株型优化设计、耐密性鉴定、品种适应性评价等虚拟试验研究提供技术手段。

关键词：作物模型玉米群体 t分布三维建模可视化计算

An Interactive Digital Design System for Corn Modeling

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An Interactive Digital Design System for Corn Modeling