虚拟植物的研究内容及实现技术综述

本文在阐述虚拟植物研究意义的基础上，介绍并分析了几种常用的植物建模方法及其相关软件，探讨了基于数字图像处理技术的作物模型构建法。最后，提出了虚拟植物研究中存在的问题，对该领域的发展趋势进行了展望。     

虚拟农业的发展问题研究

虚拟农业是以农业领域研究对象(农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、资源高效利用等)为核心,采用先进信息化技术手段,实现以计算机为平台的研究对象与环境因子交互作用,以品种改良、增产为目的农业生产方式。笔者研究了“虚拟农业”的理论框架体系(以作物为例)、虚拟农业与虚拟现实的联系与区别、虚拟农业的应用设想与发展、虚拟植物模型的构建方法和虚拟植物(农作物)模型在农业生产上的具体应用。     

虚拟作物研究综述

虚拟作物是目前作物模拟研究的前沿,具有广泛的应用前景。讨论了虚拟作物的概念以及目前国内外虚拟作物的研究现状,并着重探讨了虚拟作物的研究理论技术难点、热点和应用等问题。     

基于Loop细分格式的虚拟作物果实建模

为真实模拟作物果实以增强虚拟作物环境的真实感，提出一种基于Loop细分格式的虚拟作物果实建模方法。根据果实形态结构特征建立相应的控制网格，定义适当的细分规则生成果实模型，并扩充已有的细分规则实现对果实非光滑特征的模拟。对小麦和玉米果实形态建模的实例表明，本方法用于作物果实建模效果逼真，满足虚拟作物环境的需要。     

虚拟作物研究现状及展望

虚拟作物作为农业信息技术研究的重要方向,是计算机信息技术与农业科学相互渗透应用的新发展,是对作物生长模型研究的提高。阐述了虚拟作物的概念,介绍了目前虚拟作物研究主要的技术和方法、国内外研究应用现状、存在的问题与难点,最后对其应用前景作了简要的探讨与展望。     

土壤砷污染及其调控技术研究进展

主要报道了土壤砷背景值与砷存在形态、土壤砷污染与作物的关系、砷超累积植物与土壤砷污染的植物修复以及土壤砷污染的农业控制措施。砷对植物的危害不仅受砷浓度和形态的影响，还因作物的种类、积累部位而不一致。研究As超富集植物及其富集机理,利用其进行植物修复,是一个重要的领域。土壤有机质、磷肥、pH等都会影响植物对砷的吸收累积，可作为降低作物砷含量的农业调控措施。种植不富集As的作物，或可食部位As含量低的作物，可以减少As进入食物链。     

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.     

土壤砷污染及其调控技术研究进展

主要报道了土壤砷背景值与砷存在形态、土壤砷污染与作物的关系、砷超累积植物与土壤砷污染的植物修复以及土壤砷污染的农业控制措施。砷对植物的危害不仅受砷浓度和形态的影响，还因作物的种类、积累部位而不一致。研究As超富集植物及其富集机理，利用其进行植物修复，是一个重要的领域。土壤有机质、磷肥、pH等都会影响植物对砷的吸收累积，可作为降低作物砷含量的农业调控措施。种植不富集As的作物，或可食部位As含量低的作物，可以减少As进入食物链。     

超声波对白菜种子萌发和发育的影响

许多研究和实验说明,超声波对植物的生长和发育有刺激作用。以一定频率的超声波在一定限度的时间内刺激作物种子,可以提高种子的发芽力,加速植物的生长发育,缩短成熟期,显著地提高产量。     

植物可视化研究进展

近40年来，以作物群体阶段发育和干物质积累为对象的作物生长模拟研究得到了长足发展，各种模型及基于模型的作物辅助决策系统在农业生产中也已得到初步应用。但以个体或群体形态结构为研究对象的植株可视化却是近几年才发展起来的，目前已成为作物模拟研究新的领域。可视化研究是植物结构模拟技术和虚拟现实技术在作物生长模拟中的应用。随着信息农业的发展，作物生长过程可视化必将进一步深入。本文简要介绍植物可视化研究的国内外研究进展和今后的发展趋势。     

Collision detection of virtual plant based on bounding volume hierarchy: A case study on virtual wheat

Visualization of simulated crop growth and development is of significant interest to crop research and production. This study aims to address the phenomenon of organs cross-drawing by developing a method of collision detection for improving vivid 3D visualizations of virtual wheat crops. First, the triangular data of leaves are generated with the tessellation of non-uniform rational B-splines surfaces. Second, the bounding volumes (BVs) and bounding volume hierarchies (BVHs) of leaves are constructed based on the leaf morphological characteristics and the collision detection of two leaves are performed using the Separating Axis Theorem. Third, the detecting effect of the above method is compared with the methods of traditional BVHs, Axis-Aligned Bounding Box (AABB) tree, and Oriented Bounding Box (OBB) tree. Finally, the BVs of other organs (ear, stem, and leaf sheath) in virtual wheat plant are constructed based on their geometric morphology, and the collision detections are conducted at the organ, individual and population scales. The results indicate that the collision detection method developed in this study can accurately detect collisions between organs, especially at the plant canopy level with high collision frequency. This collision detection-based virtual crop visualization method could reduce the phenomenon of organs cross-drawing effectively and enhance the reality of visualizations.     

小麦生长模拟与三维可视化系统构建技术研究

作物生长过程的三维可视化是虚拟作物研究的关键技术之一,针对小麦形态结构复杂,小麦生长可视化不易实现的问题,以小麦作物为对象,在已有研究成果基础上,结合小麦生长模拟模型和形态结构模型,从系统结构与功能、系统设计与实现、真实感图形渲染技术（颜色渲染、纹理映射、光照处理）等方面入手,构建小麦生长模拟与三维可视化系统,实现了小麦生长模型和形态结构模型的有机结合,最终实现了小麦生长过程的三维可视化。小麦生长模拟与三维可视化系统将为小麦作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供形象逼真的可视化工具,为小麦理想株型筛选,高产、高效、抗倒伏设计与优化等提供技术支撑。     

农产品虚拟水含量计算方法研究

综合考虑研究区的气象及灌溉特点,将非充分灌溉条件下的作物需水量计算公式应用到作物虚拟水含量计算中,考虑到研究区灌溉农业与雨养农业的特点及灌溉水利用效率的差异,区分灌区与非灌区、井灌与渠灌,制定了相应的灌溉制度,并计算了区域农作物广义耗水量。给出了修正的农业虚拟水含量计算方法,并以郑州市为例验证了虚拟水含量的时空差异特征。     

作物生长力学的研究进展

介绍了植物力学领域的研究成果和进展,讨论了力学理论和方法在农业生产中的应用,分析了农作物材料的力学特性、作物生长环境及其影响、作物体液流动机理及应用等若干力学问题,提出了作物生长力学的研究重点和主要方向。     

虚拟植物的最新发展和应用

文章概括地介绍了虚拟植物的研究意义、研究方法和国内外最新进展与应用,并对虚拟植物建模方法的未来发展趋向及其前景进行了展望。     

虚拟植物生长技术及其农业应用

近30年来,随着计算机软硬件的发展,虚拟植物的研究也取得很大进展,已成为现代精细农业技术的核心部分之一,在农业生产的智能化管理方面应用前景广阔.介绍了虚拟植物的3种研究方法:分形(Fractal)方法、L-系统和基于随机过程的数学方法(以AMAP方法为代表),探讨了虚拟植物在国内外农业领域的研究应用现状和若干策略问题,包括:建立植物拓扑结构的快速生成算法,植物生长可视化的进一步研究,软件开发及其应用,展望了虚拟植物在农业研究的发展趋势和应用前景.如建立虚拟实验室、虚拟农场进行农业教育和农技推广.     

乙烯利对作物抗倒伏性的影响研究进展

倒伏一直是影响作物高产稳产的关键因素。植物生长调节剂乙烯利应用于作物抗倒伏性已被广泛研究报道。从茎杆形态学特征和化学成分2个方面综述了乙烯利对作物茎秆抗倒伏性的影响,旨在为将乙烯利应用于大田作物,提高其抗倒伏性提供理论依据和新的研究思路。     

作物株型相关基因研究进展

概述了作物株型的概念及决定作物株型的主要性状如株高、分蘖数、分蘖角度等方面的研究进展,提出:矮化基因的研究是当前株型育种的主要方向,并对基因工程在改进株型中的广阔应用前景进行了阐述。     

利用突变体揭示植物重金属镉抗性和积累机制的研究进展

重金属镉是土壤中毒性最强的污染物之一,不但严重影响植物生长发育,而且通过植物体内积累进入食物链危害人类健康。突变体不但是作物改良的重要资源,也是基因功能研究的基础材料。总结了利用各种突变体对植物镉抗性和积累的分子机理所做的研究和取得的丰硕成果,在此基础上提出了参考模式植物在作物上利用突变体开展作物抗镉、低积累机制及分子育种研究的策略,为作物抗镉和低积累品种的选育提供理论指导。