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系统仿真学报 2013年第7期25卷 1476-1483,1489页

作者：徐利锋危扬丁维龙 Gerhard Buck-Sorlin 程志君浙江工业大学计算机科学与技术学院 UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences(IRHS) 49045 Angers Cedex 01France

为探索植物仿真模型构建方法及提高仿真模型构建效率,设计并实现了一个基于相关生长语法RGG及扩展L系统的植物模型构建语言XL的水稻秧苗功能与结构模型。该模型包含了光环境模块、植物结构模型、生理功能模型以及环境设置模块,从而能够... 详细信息

为探索植物仿真模型构建方法及提高仿真模型构建效率,设计并实现了一个基于相关生长语法RGG及扩展L系统的植物模型构建语言XL的水稻秧苗功能与结构模型。该模型包含了光环境模块、植物结构模型、生理功能模型以及环境设置模块,从而能够在植物外部形态层面及内部生理功能层面同时来描述虚拟植物的生长过程,并通过对植物生理过程与形态结构及环境因子的交互作用的考虑,能够在开源及交互的建模平台groimp上实现对虚拟植物的生长状态进行综合预测与动态可视化。简要地介绍了模型中主要模块及子模型构建的主要方法及模型构建的关键步骤,并通过模型的图形、数据输出验证了模型的有效性。经过简单地扩展,构建的模型可以直接应用到水稻整个生长期的建模仿真研究中。

关键词：植物仿真相关生长语法扩展L系统功能与结构模型光环境 groimp

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FSPM-P： towards a general functional-structural plant model for robust and comprehensive model development

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Frontiers of Computer Science 2016年第6期10卷 1103-1117页

作者： Michael HENKE Winfried KURTH Gerhard H. BUCK-SORLIN Department of Ecoinformatics Biometrics and Forest Growth University of Gottingen Gottingen 37077 Germany UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences (IRHS) AGROCAMPUS OUEST Centre d'Angers Angers 49045 France

In the last decade, functional-structural plant modelling （FSPM） has become a more widely accepted paradigm in crop and tree production, as 3D models for the most important crops have been proposed. Given the wider portfolio of available models, it is now appropriate to enter the next level in FSPM development, by introducing more efficient methods for model development. This includes the consideration of model reuse （by modularisafion）, combination and comparison, and the enhancement of existing mod- els. To facilitate this process, standards for design and communication need to be defined and established. We present a first step towards an efficient and general, i.e., not speciesspecific FSPM, presently restricted to annual or bi-annual plants, but with the potential for extension and further generalization. Model structure is hierarchical and object-oriented, with plant organs being the base-level objects and plant individual and canopy the higher-level objects. Modules for the majority of physiological processes are incorporated, more than in other platforms that have a similar aim （e.g., photosynthesis, organ formation and growth）. Simulation runs with several general parameter sets adopted from the literature show that the present prototype was able to reproduce a plausible output range for different crops （rapeseed, barley, etc.） in terms of both the dynamics and final values （at harvest time） of model state variables such as assimilate production, organ biomass, leaf area and architecture.

关键词： functional-structural plant model prototyping,modelling standards teaching / learning FSPM groimp

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棉花地上部生长的功能-结构模型研究

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作物学报 2012年第12期38卷 2237-2245页

作者：陈超潘学标张立祯庞艳梅中国农业大学资源与环境学院北京100193 四川省气候中心四川成都610072 北京市门头沟区气象局北京102300

利用2008—2010年棉花密度试验,分析棉株器官生物量-形态间异速生长关系,改进COTGROW模型中的发育和形态发生模块,构建了棉花地上部器官形态建成模型;基于COTGROW模型模拟数据,与groimp可视化开发平台的数据链接,实现了棉花生长过程的... 详细信息

利用2008—2010年棉花密度试验,分析棉株器官生物量-形态间异速生长关系,改进COTGROW模型中的发育和形态发生模块,构建了棉花地上部器官形态建成模型;基于COTGROW模型模拟数据,与groimp可视化开发平台的数据链接,实现了棉花生长过程的可视化;利用建立的功能-结构模型对不同密度棉花冠层的光截获量进行了模拟。利用2010年的试验数据检验模型,结果表明,棉花株高、主茎节数、果枝数、各果枝果节数、节间长度、节间直径、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄直径、棉铃长度以及铃直径测定值与模拟值间的均方根误差分别为3.85、0.64、0.52、0.66、1.00、0.15、1.58、2.39、2.54、0.05、0.13和0.10cm,模型效果较好;构建的棉花地上部功能-结构模型可以较好地模拟棉花的形态特征,并较逼真地显示棉花器官、植株的三维动态生长过程,可以反映出不同环境条件、不同密度处理下棉花植株的三维形态,在可视化的基础上模拟棉花冠层空间的光截获量。为虚拟棉作研究提供了技术基础。

关键词：棉花 COTGROW模型 groimp 功能-结构模型

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基于规则的虚拟水稻模型研究

基于规则的虚拟水稻模型研究

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作者：伊张芸浙江大学

学位级别：硕士

植物功能-结构建模方法已经成为当前植物生长模拟方法以及形态结构可视化研究的主流。这类模型将植物的形态结构与生理功能相结合,能够实现植物在生长过程中功能与结构之间的相互作用和反馈。为了能够有效模拟水稻的生长过程,本研究首... 详细信息

植物功能-结构建模方法已经成为当前植物生长模拟方法以及形态结构可视化研究的主流。这类模型将植物的形态结构与生理功能相结合,能够实现植物在生长过程中功能与结构之间的相互作用和反馈。为了能够有效模拟水稻的生长过程,本研究首先构建了水稻秧苗的形态结构及生理功能模型：用三维图形如圆柱实现秧苗的叶鞘和茎节模块;应用双三次贝塞尔曲面实现叶片图形;通过L系统字符串来描述秧苗的分支结构。该算法基于L-System语言字符含义,并且进行了语法上的扩展,实现了应用Java与Java 3D扩展API将描述秧苗分支结构的L-System语言转换为三维图像并输出的功能。然后,利用开源软件groimp和配套的XL建模语言实现对水稻功能和结构的建模,可视化展现全生育期内水稻从种子到长出稻穗的三维形态变化。实现的模型本身具备一定的可扩展性,能够尝试加入模拟不同生理过程的模块来加以改进,例如加入对呼吸作用的模拟,从而实现其他环境因子与植株生长过程的交互,并通过运用改进的模型来实现虚拟育秧。另外,将农业决策系统与虚拟植物相结合,能更直观的帮助用户对植物的生长进行观察及预测,并对田间操作做出响应。

关键词：虚拟植物 L系统 XL语言水稻模型 groimp

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水稻三维形态生长模型构建的初步研究

水稻三维形态生长模型构建的初步研究

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作者：吴灵通浙江大学

学位级别：硕士

近年来,植物模型的研究得到了迅猛的发展。本研究基于水稻生长发育规律,通过连续观测水稻地上部各器官的形态特征,综合研究了水稻生长发育的过程,结合植株相关生理过程,在groimp建模平台上初步构建了水稻三维形态生长模型。本研究在试... 详细信息

近年来,植物模型的研究得到了迅猛的发展。本研究基于水稻生长发育规律,通过连续观测水稻地上部各器官的形态特征,综合研究了水稻生长发育的过程,结合植株相关生理过程,在groimp建模平台上初步构建了水稻三维形态生长模型。本研究在试验观测的基础上,系统分析了水稻植株的生长发育和形态结构变化规律。采用S型曲线模拟了叶片的叶长和叶宽之间的关系;通过测量叶片与叶鞘之间的角度,分析了主茎和分蘖上的切角变化以及切角和张角之间的关系,结合叶片长度提出模拟叶片中脉曲线的方法;采用一元二次方程描述了叶片叶面积和叶长之间的变化规律,并分析了主茎上叶片的SPAD值变化;对于叶鞘和节间的形态模拟,分别应用一元二次方程和指数函数模拟叶鞘和节间长与叶位间的变化规律。根据试验结果,采用幂函数模拟水稻叶面积和积累的生物量之间的关系;分析了主茎各叶片比叶面积在叶位间的差异,结果显示比叶面积和叶位呈一元二次方程的关系。此外用S型曲线模拟了水稻植株在整个生长过程中的生物量积累过程。本研究依据上述水稻形态模拟模型,同时构建了水稻的光合模型和源库模型,以Thornley光合模型模拟了水稻叶片的光合作用过程;源库模型中采用p函数方程计算植株各器官的库强,根据各时期器官库强的大小将光合作用获得的光合产物进行同化物的分配,调节植物的生长。利用groimp建模平台初步建立了水稻功能结构模型。模型基于RGG(Relative Growth Grammar)图形文法和拓展L系统(XL)建模语言,并兼容Java语言。模型中包含的形态结构和生理功能之间紧密联系并且相互影响,能够输出直观的水稻动态生长过程,具有一定的指导意义。本研究采用的功能结构模型是新兴的模型构建方法,拥有广阔的发展前景。本研究建立的植物模型整合了植物结构和生理过程两方面的信息,且具备良好的扩展性,将会有助于我们理解作物在复杂环境中的表现,将来会在实践中得到越来越多的应用。

关键词：水稻拓扑结构几何特征形态结构形态建成光合作用源库模型植物功能结构模型 groimp

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