虚拟植物技术的研究综述

虚拟植物技术是信息农业的一个重要方面,对预测和调控植物生长发育及其对环境的反应研究有着十分重要的意义。简要回顾并总结了国内外虚拟植物研究的历史和发展状况,着重分析了该领域当前存在的问题,指出了该领域未来一段时期的研究热点和发展方向。     

虚拟作物研究进展

本文说明虚拟作物的研究意义，从植物的生理生态过程和形态结构的角度来分析虚拟作物的研究历程及国内外研究现状，简单说明虚拟植物软件AMAPpara所采用的数学模型，介绍另外一种生成植物图象的形式语言L-System.     

虚拟植物模型及可视化研究

虚拟植物模型是当前农业信息技术与计算机图形领域主要的研究课题之一。所谓虚拟植物模型就是通过计算机来仿真模拟植物生长过程,其在农林业领域拥有广阔的发展前景。本文将对虚拟植物模型的分类进行阐述,并介绍和分析基于X3D技术基础上的一些关键技术与优势,从而进一步的探讨基于该虚拟植物模型技术的原理和方法。最后,针对当前国内外该技术的应用现状及在应用中的一些问题,为未来该领域的研究进行展望。     

虚拟植物模型及可视化研究

虚拟植物模型是当前农业信息技术与计算机图形领域主要的研究课题之一。所谓虚拟植物模型就是通过计算机来仿真模拟植物生长过程,其在农林业领域拥有广阔的发展前景。本文将对虚拟植物模型的分类进行阐述,并介绍和分析基于X3D技术基础上的一些关键技术与优势,从而进一步的探讨基于该虚拟植物模型技术的原理和方法。最后,针对当前国内外该技术的应用现状及在应用中的一些问题,为未来该领域的研究进行展望。     

基于虚拟植物的分布式农业专家系统研究

针对传统农业专家系统存在着缺少动态预测功能及机理性解释的不足和利用率低的缺点，设计了一种虚拟植物生长模型、农业专家系统和分布式虚拟现实技术的集成框架。详细介绍了虚拟植物生长模型的研究概况，着重论述了基于虚拟植物生长模型的农业专家系统体系结构以及各组成部分的功能。虚拟植物生长模型和农业专家系统的有机集成，可以帮助推理机获得推理决策所必需的数据和降低系统决策的风险性。此外，利用多用户分布式虚拟环境使得基于虚拟植物农业专家系统为用户提供内容更丰富、视觉更直观、方便快捷的服务。     

虚拟现实技术及其在林业上的应用展望

概述了虚拟现实技术的概念、基本特征、发展阶段及其应用，从植物形态结构的虚拟、林分空间结构模拟、森林环境虚拟、森林景观模拟、森林经营虚拟等方面论述了虚拟现实技术在林业上的应用前景。     

基于组件的虚拟植物软件设计模式研究

根据植物的形态结构特征，提出基于组件的虚拟植物软件开发方式，分析了这种方式下植物器官组件的内部结构，进而给出虚拟植株整体的软件设计模式，并在此基础上讨论了这种开发方式的特点。与传统的虚拟植物软件开发方法相比，基于组件的虚拟植物软件在代码的复用性、开发效率及软件功能的扩展性方面具有显著优越性。     

油菜虚拟生长的研究

虚拟植物即应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况，是近20年来发展起来的一种新兴技术。本文通过对虚拟植物研究范围的探讨及虚拟软件L系统的介绍，分析了植物外部形态的特点，并结合油菜生长过程中各个器官形态变化规律的本质，动态地模拟出油菜在不同生长阶段的形态，尤其是在茎杆的模拟，实现了用户与虚拟油菜的交互式调控，总结了L系统和油菜分枝的数据结构，这更有利于准确动态模拟出油菜的主体形态结构。最后，本文对油菜与环境的相互作用及其相关方面等进行了展望。     

虚拟小麦的研究进展

虚拟植物是当今虚拟现实领域研究的热点之一,虚拟小麦是虚拟植物的一个研究分支.在介绍虚拟植物模型、研究成果及其优缺点的基础上,从小麦的生理生态模型、形态结构模型和生长模型等方面,综合叙述虚拟小麦的研究现状,归纳总结了目前虚拟小麦存在的主要问题及解决方法.     

基于Agent的植物生长系统体系结构

介绍了虚拟植物建模的主要方法以及Agent的定义和特征,指出了在虚拟植物研究中引入Agent理论是解决目前植物生长模型构建方法存在局限性的一种有效途径。依据植物生长的生命体特征,建立了一种基于Agent的虚拟植物体系结构,并应用到大豆生长系统中。该体系结构对于模拟植物群体基于竞争的生存过程、研究植物进化具有一定的参考价值。     

基于分形理论和二叉树结构的植物遗传模型研究

从L系统的定义出发,解释了以二叉树结构为基础的模型设计原理,提出了基于L系统的二叉树结构关系模型以及相应的算法,并以植物器官间的遗传为背景,简单介绍了此模型在植物病虫害防治上的应用,为作物遗传与病虫害的防治提供新的理论与方法。     

生长素对植物生长发育调节作用的模拟

为有效地模拟真实植物的生长过程，综合考虑植物外部形态、生理机制和环境因素的相互影响，基于开放L系统，对植物激素--生长素对植物生长调节作用进行建模，真实再现植物在内外因素影响下的生长发育形态，并实现植物生长的动态可控性。     

基于点云数据的植物叶片三维重建

叶片是植物最重要的器官之一,为构建植物叶片的高精度几何模型,提出了一种基于三维点云数据的植物叶片几何建模方法。针对植物叶片形态特征,选定最适三维扫描仪进行叶片点云数据获取,通过点云的配准、简化及去噪等操作得到高质量叶片点云数据,在此基础上进行叶片网格生成与网格优化,最终得到高精度植物叶片网格模型。利用该方法分别对黄瓜、玉米和两个品种的葡萄叶片进行几何建模,结果表明,所构建的叶片模型能够较好地保持叶片形态特征,且较以前的方法在精确度和真实感方面有了较大的提高。该研究对于推动数字植物几何建模及进一步基于几何模型的可视化计算具有重要意义。     

虚拟植物模型研究概况

虚拟植物模型应用L-system为基础,构建各种算法,用软件表现出植物在环境影响下的生长情况、内部物质成分等。本文主要对环境和植物相互影响的虚拟植物模型进行了概述。     

基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模研究

[目的]研究基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法。[方法]在分析当前虚拟植物建模方法缺点的基础上,提出了基于功能-结构互反馈思想的建模方法,详细阐述了该方式建模的各个步骤,包括形态结构模型的确定、生物量生产模型的确定、生物量分配模型的确定、器官重建模型的确定以及形态结构模型与功能模型的融合方法。[结果]基于功能-结构互反馈的机制突破了生理生态模型与形态结构模型的界限,可以解决2类模型之间数据传输的困难,建立融合2者于一体的模型,能够有效的反映植物形态与功能之间内在的关联关系,更加符合植物的生长机理。该建模方式在动态模拟植物生长方面具有显著的优越性。[结论]基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法为下一阶段植物生长状态的模拟提供了基础,对动态准确的模拟植物的生长过程有着重要意义。     

基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模研究

[目的]研究基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法。[方法]在分析当前虚拟植物建模方法缺点的基础上,提出了基于功能-结构互反馈思想的建模方法,详细阐述了该方式建模的各个步骤,包括形态结构模型的确定、生物量生产模型的确定、生物量分配模型的确定、器官重建模型的确定以及形态结构模型与功能模型的融合方法。[结果]基于功能-结构互反馈的机制突破了生理生态模型与形态结构模型的界限,可以解决2类模型之间数据传输的困难,建立融合2者于一体的模型,能够有效的反映植物形态与功能之间内在的关联关系,更加符合植物的生长机理。该建模方式在动态模拟植物生长方面具有显著的优越性。[结论]基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法为下一阶段植物生长状态的模拟提供了基础,对动态准确的模拟植物的生长过程有着重要意义。     

基于Multi-Agent的智能植物系统的构建与应用研究

植物的智能化是在物联网传感数据实时驱动下,由知识模型和多源异构数据融合计算提供智能决策,从而实现植物与环境、植物与人、植物与植物之间互联互通、全程感知与实时反馈的智能化过程,探讨了智能植物的概念、内涵、技术体系及基于Multi-Agent的智能植物系统构建方法。针对植物智能行为复杂异构性,将Multi-Agent技术应用于植物的生长计算和行为模拟,从面向服务的智能植物农业应用出发,综合分析了植物的自治性、反应性、社会性和主动性等智能属性、概念和内涵,构建了多智能体智能植物系统。多智能体智能植物系统的内核由感知器Agent、数据处理Agent、知识模型Agent、智能计算Agent以及虚拟交互Agent构成,并详细描述了系统结构及其关键模型,在多Agent系统中,植物能够感知其所处的环境上下文,自主地决策其行为。构建了基于Multi-Agent的智能植物系统,并以果树修剪虚拟培训智能服务为例验证,结果表明,该系统交互性强、智能程度高、体验效果好,以期为智能植物的发展提供有益的帮助。     

基于个体植物生长模型的森林动态演替模拟

森林动态演替过程的计算模拟历来是森林生态学中的一个重要问题。不同于传统宏观式的模拟思路，本文提出了一种基于个体植物生长模型、自下而上的模拟方法。首先构建了参数化的个体植物生长模型，模型中考虑了植物内部属性、外部环境、邻域竞争3种对植物生长有影响的因素，综合模拟出植物在不同环境状况下的生长变化情况。在此基础上，对构成一片森林的大量植物个体进行遍历式、迭代化的计算，从而模拟出整片森林区域的生长演替现象。实验结果表明，本文方法可以模拟出植被在复杂外部环境影响下的动态变化效果，可表现出自然稀疏、物种竞争、物种演替等多种典型的植被演替现象。      

虚拟水稻的可视化研究

论述了适合反映植物形态结构动态变化规律的模型,在此基础上,提出了一种用L系统建立的虚拟植物模型,实现了虚拟植物的可视化。     

结合图像重建和L系统的虚拟水稻模型系统设计

提出了一种结合图像重建和L 系统的虚拟水稻可视化模型系统。水稻主茎采用L系统生成，由于水稻细节对视觉效果影响较小，采用水稻器官表面重建，用规则建模来提高模型的可控性，基于图像重建可以得到更好的可视效果。结果表明，该系统方法能够降低建模复杂度，较好地实现虚拟水稻的可视化展现。