基于改进L-系统的水稻根系建模方法

根系作为水稻生长的“发动机”,其形态特征直接影响植株的生长发育、营养水平和产量水平。水稻根系不便于直接观测，实现根系形态结构三维建模及可视化研究对改善农田管理、水稻育种和遗传改良等具有重要作用。用L-系统描述水稻根系弯曲的算法复杂，较难提取产生式，产生的分枝根根型比较生硬。为了更好地模拟水稻根系直根和曲根的形态结构，研究基于改进L-系统的水稻根系建模和可视化方法。结合二次均匀B-样条曲线的数学表达式改进传统L-系统的产生式，把根系生长节点作为控制中心，运用二次均匀B-样条曲线函数来表达根轴的弯曲程度，并以动态数据结构存储根系生长节点。对模型模拟值与现场观测值进行相关性分析显示，均方根误差在0.022～0.040之间变化，平均偏差在0.107～0.189之间变化，表明基于改进L-系统的水稻根系模型的准确度较高。以模型作为算法基础，利用Visual C++开发工具和OpenGL开放图形库实现了水稻根系生长可视化仿真系统。系统能够表达水稻根系在不同生长时期的形态特征和生长规律，模拟的真实度较为理想，可以有效满足精确农业的研究需求。