玉米叶片三维形状的数学模拟研究

玉米叶片三维形状的数学模拟研究

一、玉米叶片三维形态的数学模拟研究(论文文献综述)

刘晨[1](2020)在《马铃薯薄片干燥过程三维形变检测研究》文中认为马铃薯含有丰富的营养物质,也是我国主要粮食作物之一,种植面积广,产量大,而马铃薯的加工率低,仅仅大约占到了总量的14%,最常用的马铃薯加工处理方法是干燥,能有效延长其货架期。而马铃薯在干燥过程中产生的收缩变形和结构属性方面的变化会影响其最终干燥品质,因此对物料干燥过程中三维信息的监测不仅有利于直观观测物料形态变化,还可为后期物料形态与干燥工艺参数的规律性研究提供条件,提高马铃薯干燥品质。论文具体研究内容如下:1.设计了一套环形隧道式热风干燥装置,主要包括其机械结构、温湿度控制系统和风速控制系统的设计。所设计的温湿度控制系统,采用上下限调节方式控制,通过试验实测发现,设定值为50℃~80℃范围,其设定值的偏差控制在0.429~1.321℃内;湿度设定为50%和10%的控制精度良好,最终稳定均值的偏差范围分别为0.366~1.176%和0.153~2.043%;所设计的风速控制系统,在低速(1m/s)条件下控制精度高,偏差为0.033m/s,而高速条件下,其偏差为0.363m/s,因此所设计的热风干燥装置可满足本研究试验需求。2.搭建了马铃薯薄片干燥过程三维形态检测系统,可实现对三维信息的采集与保存;将深度信息转换至2.5D灰度图像,针对所拍摄马铃薯薄片的三维信息所存在的问题,提出了区域分割、孔洞填充、形态学腐蚀及中值滤波的方法实现了对马铃薯薄片的区域分割以及原始深度图像的处理,并提取了最大值、平均值和投影面积三个特征参数;通过预设深度值范围、SOR和半径滤波、贪婪投影三角化以及拉普拉斯算法对三维点云数据进行感兴趣区域分割及三维重构,并提取了高斯曲率和平均曲率来表征马铃薯薄片干燥过程中卷曲程度的变化。3.为了探究马铃薯直径和厚度对高度特征的影响,在干燥环境为温度70℃,风速4m/s,湿度10%下进行了两因素三水平的试验,试验结果表明:马铃薯薄片厚度相同时,干燥结束时的最大值、平均值和投影面积随着直径的增大而增大。4.为了研究马铃薯自身形状和干燥环境对三维形变特征的影响,进行了厚度、大小、风速和温度四个单因素试验,试验结果表明:随着厚度的增加,马铃薯薄片卷曲变化速率也随之变缓,1mm厚的马铃薯薄片的卷曲速度最快;不同直径的马铃薯薄片对高斯曲率和平均曲率的影响较小;风速对马铃薯薄片的卷曲速度影响显着,随着风速的增加,卷曲速率也随之增大;温度升高而马铃薯薄片的卷曲速度也增加。将四组单因素试验获得的三维特征和水分比用四种收缩经验模型进行拟合,拟合结果表明Exponential模型的适用性好,相关性系数R2能达到0.99,均方根误差RMSE均低于0.0169。

周元刚[2](2016)在《不同受旱条件下冬小麦和夏玉米冠层光截获特征研究》文中指出在农业生态系统中,太阳光是总的能量来源,其中光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)是植物进行光合作用的主要能量来源,对作物的生长发育和产量形成起着至关重要的作用,是影响作物产量高低的重要因素。要提高作物群体的光能利用率,最主要的就是要保证作物冠层有较高的光截获效率。然而在生产实践中,冠层内部叶片实际上常常处于“光饥饿”状态。因此分析冠层内的光传输和光分布规律,特别是与光合作用紧密相关的PAR分布规律成为冬小麦和夏玉米生产研究领域的重要课题。计算冠层光传输和光截获的比尔定律被广泛使用。然而,以往有关作物冠层光截获特征的研究多集中于水肥充足条件下,而受旱条件下的规律却鲜有研究,特别是不同时段受旱下的作物冠层光传输和光截获规律更是未见报道。光在冠层中的传输会经过叶片的多次反射和透射作用,使光路改变,使得冠层中每一处的太阳辐射都具有较高的异质性,不同于他处。加之冠层内部叶片之间的变异性,冠层内部每一层叶片的光截获量都不同于其他层,尤其是夏玉米,其冠层各层叶片光截获量的变异性更大。为了分析探究受旱条件下冬小麦和夏玉米冠层的PAR传输和截获特征,本研究在遮雨棚内分别设置了冬小麦和夏玉米生育期内不受旱(WT1、MT1)、营养生长阶段受旱(WT2、MT2)、生殖生长阶段受旱(WT3、MT3)、全生育期受旱(WT4、MT4)等4个不同受旱情形。在作物冠层不同高度上安装PAR传感器,实时监测冬小麦和夏玉米冠层的光传输和光截获特征。此外,为了验证不同受旱处理下夏玉米冠层每一层叶片的光截获特征,在夏玉米灌浆期对不同层叶片的光截获能力进行模拟和验证。研究过程发现,为了计算不同层叶片的光截获,首先要知道每层叶片的叶面积指数(Leaf area index,LAI),但夏玉米不同冠层叶片形状存在较高的空间变异性,因此本研究还在大田内开展了夏玉米叶片形状系数时间和空间变异性试验,分析了夏玉米不同生育阶段、不同叶位叶片的叶片形状系数,为计算不同层叶面积指数提供依据。最终本研究得到的主要结论如下:(1)全生育期内夏玉米叶片形状系数?表现出一定的时间和空间变异性。采用形状系数模型来估算夏玉米叶片面积和叶面积指数,应当在夏玉米的不同生长阶段、针对不同叶型,以及不同叶位采用不同的叶片形状系数,这样才能整体提高玉米叶面积的估算和预测精度。基于6个夏玉米品种全生育期内760片叶片的采样数据,通过线性回归分析所得的夏玉米整体叶片形状系数值?’约为0.78。推荐该值用于田间玉米叶片面积的估算,以取代目前常用的系数值0.75。综合分析不同类型玉米叶面积模型的模拟精度,发现基于叶片形状系数的二次模型误差最小精度最高,而且使用简便,推荐该模型用于田间夏玉米叶面积的估算。(2)作物冠层内PAR传输过程受冠层状态影响。当冠层矮小时,其内部的PAR传输过程主要受太阳高度角的影响波动变化,冠层顶部的PAR与太阳辐射变化一致,呈单峰曲线。在冬小麦拔节期和夏玉米苗期由于株高矮小,冠层内存在较大的漏光。随着生育期的推进冠层高度增加,冠层内部与顶部的PAR值的差异逐渐增大。正午时分,冠层内部的PAR会出现高于冠层顶部的现象,这与比尔定律阐述的冠层光传输规律相左。这是因为光在冠层传输的过程中,由于叶片的反射和透射作用,会在冠层内的局部形成一个高PAR区域。因此依据比尔定律,计算整个冠层的光截获时具有可行性,然而在计算单日某时刻冠层的光截获时就需要谨慎使用比尔定律。对于不同处理的下冬小麦和夏玉米冠层PAR透光率研究表明,冠层PAR透光率随生育期先减小后增大,冬小麦在灌浆20天后,夏玉米灌浆14天后达天到生育期内最小值,此后缓慢增大。而对于全生育期不灌水的冬小麦和夏玉米冠层,由于早衰导致了较为严重的冠层漏光。(3)由于冬小麦生育期内冠层较低,不同层叶片的光截获并不如玉米明显。冬小麦冠层对PAR的截获随天气变化明显,而呈现出波动变化。表现在晴天截获量大,阴雨天截获量小,不同天气条件下的最大差值可达到1.2 10 mol m-2以上。灌浆期夏玉米不同层叶片的光截获能力,相邻两天冠层PAR总截获量相差不大时,各层叶片的光截获量也不尽相同。不同处理下截获量相同时,各层的PAR截获量的差异则更为明显。采用比尔定律光截获模型对不同层叶片的光截获能力进行模拟,发现全生育期都灌水的处理冠层各层模拟较好,相对均方根误差(Relative Root Mean Square Error,RRMSE)和平均相对误差(Average Relative Error,ARE)分别为0.18和26.4%。对MT2各层叶片的光截获的模拟结果整体上层偏高而中下层偏低,RRMSE和ARE分别为0.05和58.8%;对于灌浆期受旱的处理各层叶片的模拟值整体偏高,RRMSE和ARE分别为0.16和483.2%;在全生育期受旱处理下,模拟值也整体偏高RRMSE和ARE分别为0.4和706.2%,模拟效果最差。这表明研究冠层光截获的比尔定律,只对叶片分布相对均匀的冠层适用性较好,而在受旱条件下会高估叶片的光截获能力。

张玉[3](2014)在《玉米和水稻根系的空间分布特性及栽培调控研究》文中提出作物叶片和根系的生长量及其在空间分布在很大程度上决定了作物的养分吸收能力和光合作用能力。为了明确玉米和水稻冠层及根系的空间分布特性及其主要栽培措施对其冠层和根系空间分布的影响,以正大619和血丝玉米为材料进行根箱试验,在拔节期和灌浆盛期用三维数字化仪测定其叶片和根系的三维坐标,分析玉米冠层和根系的空间分布特点及其品种间差异。在此基础上,以正大619为材料进行根箱试验,以相同方法研究氮肥运筹对玉米根系和冠层分布的影响。同时,以金优253为材料进行大田根箱试验,通过人工测定三维坐标方法,分析了水稻根系的空间分布特点以及水分管理、氮肥运筹和稻草还田等措施对水稻根系空间分布的影响。主要研究结果如下:1、玉米冠层及根系空间分布的特性玉米根系由直径小于1mm、直径1-2mm和直径大于2mm三部分根系组成。在玉米根系总长度中,直径小于1mm根系占比大于80%,直径大于2mm根系占比小于3%,直径1-2mm根系占比约为9%-13%。在玉米根系总面积中,直径小于lmm根系占比大于50%,直径大于2mm根系占比约为10%-15%,直径1-2mm根系占比约为25%-33%。在玉米根系总体积中,直径小于1mm根系占比约为20%-22%,直径大于2mm根系占比可达40%以上,直径1-2mm根系占比约为30%-40%。因此,玉米根系的长度和面积以直径1-2mm根系为最主要构成,玉米根系的体积则以直径大于2mm根系为最主要构成。玉米拔节期和灌浆盛期根系纵向生长距离分别达到55cm和75cm,横向生长距离约为40cm和60cm,单株根系总长度分别达到5000cm和19000cm。其中,49.7%、20.7%的根系分布20cm深度土层内,64.6%、43.7%根系分布在20cm的横向范围内。玉米根系累积长度随纵向和横向生长距离的增加而增加,其变化规律可用Logistic方程进行数学模拟:(式中X表示根系纵向或横向生长距离,Y表示根系累积长度)。玉米叶面积随生育进程的推移而增加,灌浆期达到最大值。玉米叶面积的垂直分布具有明显的规律,除底部叶面积较小外,其他各层叶面积的分布比较均匀。由下而上的累积叶面积的动态分布符合Logistic方程曲线分布规律。玉米叶夹角、叶披垂角、叶距随着时间递增逐渐增加。叶向值趋于逐渐降低的趋势。叶面曲率则随时间先增加后下降的趋势,叶基—叶顶距离则具有先增加后下降的趋势。2、氮肥运筹对玉米冠层及根系空间分布的影响氮肥运筹显着影响玉米根系的数量、长度、面积和体积。在施氮量一定时,重施穗肥处理减少了前期肥料的施用,导致其拔节期根系长度、面积和体积显着下降。相反,重施穗肥增加了后期的氮肥的施用,促进了后期根系的生长,导致灌浆盛期根系的长度、面积和体积明显增加。氮肥运筹对直径不同根系的影响是不同的,重施穗肥处理使直径为0-2mm根系的面积、体积等占根系总面积和总体积的比例提高。氮肥运筹对玉米的冠层也有显着的影响。首先,氮肥运筹显着地影响叶面积的大小,三个施肥处理中,以重施基肥处理玉米叶面积最大。重施穗肥处理玉米在拔节期的叶面积最小,但拔节后叶面积发展较快。其次,氮肥运筹显着影响了灌浆期叶面积的垂直分布,重施穗肥明显增加了中上部叶面积。氮肥运筹对叶片的空间分布和姿态有一定的影响,主要影响叶夹角和叶基—叶顶距离,对其他指标的影响均达不到显着水平。重施穗肥增加了生育后期的叶夹角和叶基—叶顶距离。3、正大619和血丝玉米冠层及根系空间分布的主要差异在拔节期,正大619的根系长度、根系平均直径、根系表面积、体积均比血丝玉米低,但根系在纵向与横向的分布较大,且达到显着水平;在灌浆盛期,正大619根系长度、根系平均直径、根系表面积、体积则显着高于血丝玉米,其纵向分布与横向生长距离比血丝玉米大。表明正大619后期根系生长较血丝玉米旺盛。正大619的各生育期的叶面积显着小于血丝玉米,其叶面积的垂直分布也存在较大差异。与血丝玉米相比,正大619的叶面积垂直分布更加均匀,有利于改善冠层结构和提高群体的光合能力。此外,正大619叶片姿态与血丝玉米存在较大差别。正大619在各个生育时期的叶夹角略高于血丝玉米、叶向值显着大于血丝玉米,但其披垂角、叶基-叶顶距离叶面曲率及叶间距明显小于血丝玉米,表明正大619的叶型更加紧凑坚挺。4、水稻根系空间分布特性以及栽培管理对水稻根系空间分布的影响水稻分蘖期和成熟期,约88%的根系分布在10cm深度土层内,60-70%根系分布在10cm的横向范围内,其纵向和横向累积长度的变化均可用方程Y=a(1-bx)进行数学模拟(式中X表示根系纵向或横向生长距离,Y表示根系累积长度)。水分管理主要影响水稻根系的数量和纵向分布,对根系横向分布并不产生显着影响。间隙灌溉水稻成熟期90%根系分布深度比湿润灌溉、水层灌溉水稻分别深0.6cm与3.5cm,根系长度分别比湿润灌溉、水层灌溉水稻多19.8%与26.4%,根系数量分别比湿润灌溉、水层灌溉水稻多28.3%及21.0%。间隙灌溉水稻根系纵向生长潜力(参数a)比湿润灌溉、水层灌溉水稻分别大33.8%及37.2%。研究表明,不同氮肥运筹显着影响水稻根系生长和根系分布。重施基肥显着增加水稻根系纵向分布深度,其根系横向分布距离下降。稻草还田数量不同,对水稻根系生长影响的程度不同。稻草还田量较高水稻在不同时期的根长、根系干重高于较低还田量处理水稻,并且其根系纵向分布更深。

宋伟国[4](2013)在《小麦生长可视化关键技术研究》文中进行了进一步梳理虚拟作物将农业科学和信息技术相结合,应用计算机模拟作物的器官、个体、群体在计算机上的生长发育情形,对现实作物的形态结构生成逼真的三维植物个体或群体模型,有着重要的研究意义和广阔的前景。本研究以小麦为对象,基于已有的小麦结构功能模型及可视化系统,研究小麦器官的几何建模技术、真实渲染制技术以及个体和群体的碰撞检测技术,进而基于VC++和OpenGL库,研究小麦可视化中光照阴影渲染技术,并设计和实现了器官、个体和群体的碰撞检测和响应算法,研究结果为虚拟小麦研究提供了技术支持。光照是小麦生长发育最具有影响力的环境因子,在阳光下小麦总会在自身或地面或其他小麦叶片的器官上投下斑驳的阴影,是小麦十分重要的视觉特征。本文对小麦阴影的生成及绘制技术进行了研究,并针对使用NURBS曲面对小麦进行建模的方法的特点,在传统的阴影映射算法基础上,采用深度偏移的方法解决无法生成正确的小麦叶片阴影图以及自遮挡的问题,基于GPU以及百分比靠近滤波实现了对小麦软阴影的模拟。分析了当前阴影算法的适用性,提出使用深度偏移来解决生成小麦阴影图时的光斑现象,比较了应用传统阴影贴图法与基于GPU和百分比靠近滤波的软阴影对小麦阴影的生成效果,以及不同滤波核对生成小麦阴影效果的影响。针对小麦器官在组装成个体过程中的交叉现象,设计并实现基于包围体层次树技术和碰撞检测算法。对于小麦的不同器官,本方法先利用OpenGL对叶片的NURBS曲面进行分格化,利用获取三角形数据,对所有三角形构建包围体层次树结构,以包围体的相交检测结果来判定三角形是否相交,最后判定叶片是否相交;对较为直立的茎秆和麦穗以其形态参数构建单个包围体,同样利用分离轴定理来判定其相交状况;对小麦植株单茎,以不同器官的最大包围体为根节点,使用最长轴分割法建立单茎的包围体层次树进行不同单茎之间的碰撞检测;对小麦植株群体使用四叉树空间分割法来分割不同单茎所在的空间位置,减少单茎之间的相交检测。最后,对叶片使用不同的包围体层次树算法进行了分析比较,并对发生碰撞检测的器官和个体实现了有效的碰撞响应机制。实例分析表明,本算法可有效地应用于小麦个体和群体可视化中,对于提高小麦形态可视化的真实感具有重要意义。

孙爱珍,何火娇,杨红云,唐建军,罗威[5](2012)在《基于积温变化的水稻叶形态伸展过程可视化模拟》文中研究表明通过分析水稻叶片生长过程中的几何形态数据,构建了水稻叶片几何形态参数与有效积温之间的动态关系模型和水稻叶片空间形态三维模型。结合水稻植株分蘖拓扑结构,利用OpenGL图形接口,在计算机上实现了水稻穗前形态随环境温度动态生长过程的可视化模拟,具有较强的真实感,为构建虚拟水稻生长系统奠定了基础。

李春友[6](2012)在《农林复合系统中核桃冠层结构动态模拟研究》文中研究说明农林复合系统在解决农林用地矛盾、改善生态环境、提高自然资源利用效率、促进农村经济发展等方面具有重要的实践价值。林木冠层动态模拟技术系统对科学预测复合系统结构,进一步开展功能与效应的预测评价,提高复合系统调控管理成效具有重要技术支撑作用。同时对比野外试验研究,模拟实验能节约人力、物力和财力,提高研究水平和工作效率。核桃-作物/药草间作系统是华北石质山地重要的土地利用方式,也是当地退耕还林生态工程的主要模式之一,核桃复合经营系统林木冠层结构的动态模拟研究具有很好的代表性和实践应用性,有利于浅山丘陵地区不同类型脆弱生态区的经济和生态协调发展。在地处河南省济源市的黄河小浪底森林生态系统定位研究站的核桃试验地,自2008到2011年,通过核桃的生长发育观测和冠层几何结构观测,针对林木几何结构的相关田间实测技术及模型在形态学参数提取不易及时空分辨率不足等方面问题,从冠层几何结构的三维形态特征参数测算和几何形态模拟两个技术关键入手,以生育期为时间尺度,基于大量实测数据,综合采用数理统计、分形理论及计算机可视化技术等理论和方法,对核桃复合系统结构进行了田间试验和数值模拟试验,主要结果包括以下几个方面:(1)应用多基线近景摄影测量技术,形成了包括植株三维坐标,以及植株主干高和胸径、侧枝长和基径、侧枝生长倾斜角度和伸展方位等冠层几何结构参数等方面测算在内的树木三维几何形态测量技术,为林木虚拟植物的实现提供了廉价而实用的林木几何形态数据和参数获取技术。该方法的测量及精度基础是植株各部位的三维坐标测定,分析表明:X坐标的绝对误差0.000m0.023m,平均为0.006m,相对误差0.000%0.162%,平均为0.042%;Y坐标的绝对误差0.001m0.032m,平均为0.006m,相对误差0.007%0.240%,平均为0.047%;Z坐标的绝对误差0.000m0.031m,平均为0.002m,相对误差0.000%0.269%,平均为0.020%。测量精度完全满足了植物冠层几何结构数值表达的精度要求。(2)建立了基于有效发育日数概念的核桃发育的物候期模拟模型,构建了基于Logstic方程的核桃株高、主干粗生长、侧枝的粗生长和高(长)生长等模拟模型,以及双圆曲线叶片形状模型及叶片发育模型,为虚拟植物三维几何形态构成提供了基本参数和基础数据。对比2011年物候期观测资料,物候期模拟模型在整个生长季的物候期绝对误差24天、相对误差0.0%1.2%。对比2011年15株核桃树高和胸径观测资料,树高模拟的绝对误差0.8cm61.8cm,平均为27.6cm,相对误差0.2%14.1%,平均为5.5%;胸径模拟的绝对误差0.1cm3.2cm,平均为1.4cm,相对误差0.4%24.5%,平均为11.4%。15株核桃平均树高505.5cm、平均胸径12.7cm,树高绝对误差和相对误差分别为4.7cm和0.9%,胸径绝对误差和相对误差分别为0.3cm和2.4%。对比7个复叶(共59片小叶)的实测数据,单片小叶面积模拟的绝对误差0.0cm214.9cm2,平均为2.2cm2,相对误差0.2%11.9%,平均为3.8%。(3)基于核桃几何形态生长发育模型的模拟结果,采用基于L-系统分形技术的虚拟植物模拟方法和OpenGL的三维可视化技术,建立了林木单植株生长的可视化动态模拟模型。在单植株模型基础上,通过分级分层实现、枝条大小和伸展角度变化、叶片角度和颜色深浅变化、矢量角计算等途径实现多行植株模拟,构建了林分尺度的、“四维”动态的虚拟植物模型。模型采用模块化开发方法,在枝、叶等几何形态特征生长参数方面均有相应输入接口,同时实现了数量化植物生长模型和图形化植株几何形态的表达,为今后模型系统的进一步完善奠定了良好的基础。(4)基于叶片形状模型,以像素为计算单元,采用几何图形的布尔加和运算法则、蒙特卡罗概率方法模拟了单株和林分尺度的冠层透光特征。模拟值误差分析显示,核桃林冠下地面处的透光率实测值和模拟值的相对误差平均为15%。说明辐射模拟模式基本具备了定量描述农林复合系统中太阳辐射传输规律的动态预测功能,可为核桃-作物/药草间作系统配置模式提供辐射数据支持;同时也表明模型有待进一步改进和完善。(5)基于冠层辐射传输的数值模拟数据,结合决明子、绿豆、红小豆、小辣椒、花生等当地常见经济作物及药用植物的温光特性,提出核桃-经济作物、核桃-药草复合系统合理经营年限、空间结构配置方案,为不同核桃树龄条件下农林复合系统的结构调控与优化、可持续经营管理提供了重要的指导作用;同时,也为今后相应间作系统作物共生期生长发育模拟试验奠定了基础。上述研究成果经过不断完善,将具有很强的实用性,在农林复合系统经营实践中具有广泛的应用前景,可为生态兴国战略的实施提供重要的技术支撑。然而,由于研究实际年限只有4年,研究工作仅集中于林木生长发育期的部分阶段,这对于核桃等生长周期较长的果树而言显然不足,更进一步研究成果的获得尚需要长期的定位研究,尤其是要加强农林复合系统中林木几何形态特征参数动态变化与光照、温度、水分等环境因子之间相互作用的长期定量化研究。

陈兵旗,何醇,马彦平,白由路[7](2011)在《大田玉米长势的三维图像监测与建模》文中研究说明基于双目立体视觉对大田间玉米生长参数进行测量,并建立玉米三维生长模型,以实现大田玉米生长参数的实时测量和生长过程的三维虚拟显示。以上次测量的平均株高平面为测量区域基准面,利用大津法提取测量区域的玉米叶片。对测量区域进行均匀网格分割,通过对左右网格的匹配,求得覆盖面积和平均颜色。对网格的形心,通过左右视觉的对应进行三维重建,获得形心点云的三维数据和平均株高。利用标杆的测量方法佐证了三维株高测量的正确性。利用上述测量参数,构建了玉米的三维生长模型,并利用OpenGL实现了玉米生长过程的三维虚拟显示。为下一步玉米生物量的实时无损检测以及更精确的玉米三维虚拟建模奠定了基础。

胡秀珍[8](2011)在《梨树枝干模型构建与三维实现》文中研究指明虚拟植物是近年来随着信息技术及计算机技术的快速发展而兴起的新的研究领域,是建立在计算机图形学、植物学、数学以及虚拟现实技术等多门学科基础之上的交叉学科。虚拟植物建模是指应用虚拟现实技术以植物的形态结构为研究对象在计算机上模拟植物在三维空间的生长过程,它可以在很短时间内模拟整株甚至整群植物的整个生命周期,不必用很长的时间实地种植作物,节省了时间和人力,同时也节省了费用,为植物的生长研究提供了快捷直观的科学研究方法。而L系统因其对真实植物的形态结构具有强大的模拟能力,已成为虚拟植物建模的重要工具。与其他方法相比,L系统能够实现不同类型植物的模拟,其形式语言方法具有坚实的数学理论基础。虚拟果树枝干模型的建模对虚拟果树生长的研究着重要的影响,其表达是虚拟建模系统中一个主要研究内容。自上世纪下半叶至今,研究者构建了多种树木枝干模型,但针对果树不同树形的结构目前并没有进行深入研究。为了真实的模拟果树枝干形态,本文提出形态特征信息和参数L系统相结合的果树枝干可视化方法。以梨树的树体结构为研究对象,提炼其相关的形态结构特征以及生态生理等特性变化;应用L系统建模方法对梨树建立包含树枝的粗细、分叉角度等细节信息的模型;最后使用OpenGL三维建模技术将梨树生长几何信息转化为直观的三维可视化图形信息,模拟出梨树常见树形(自然开心形、主干疏层形、小冠疏层形、纺锤形)的基本形态结构,为开发梨树整形修剪计算机仿真系统奠定基础。本文研究工作具体描述如下:1.基于L系统的虚拟果树建模方法研究结合梨树的生长模式、分枝方式等生长知识,深入研究L系统理论及其算法,确定描述梨树形态结构的总体框架;针对梨树各种树形的形态结构特征,提取基于L系统的梨树形态规则,建立梨树虚拟枝干模型。2.基于规则模型的三维可视化输出在Windows操作系统中,以Visual C++和OpenGL图形库为开发环境,使用开放式图形库OpenGL作为渲染工具,对建立的规则模型进行三维真实感渲染、视角变换、显示缩放、光照设置等,最终完成模型的可视化输出。

陈兵旗,何醇,马彦平,白由路[9](2010)在《大田玉米长势的三维图像监测与建模》文中提出基于双目立体视觉对大田间玉米生长参数进行测量,并建立了玉米三维生长模型。以上次测量的玉米平均高度平面为基准面,确定玉米的测量区域,基于大津法对测量区域进行自动二值化处理。通过连接测量区域对边等分点的方法对测量区域进行网格化分割,利用左右网格匹配的方法求得覆盖面积,并测量了玉米的平均颜色。对左右网格型心进行三维重建,得到型心点云的三维数据,将点云的平均高度作为株高的测量值。通过自动测量标杆的方法也对玉米株高进行了测量,佐证了三维测量株高的正确性。利用上述玉米的测量参数,构建了玉米的三维生长模型,利用OpenGL实现了玉米生长过程的可视化。

陈国庆,刘伟,张吉旺,刘鹏,董树亭,王洪梅[10](2010)在《基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟》文中提出为量化超级玉米叶片伸展特性,为超级玉米形态建成模拟模型的研究提供方法支持。该文将悬臂梁原理应用于超级玉米叶片伸展特性的模拟,将叶片分成多个基本单元,每个基本单元代表一个悬臂梁结构。通过坐标的变换,实现了超级玉米叶片从抽出到定长整个过程伸展特征的模拟。用不同密度下超级玉米叶片的实测数据对模型进行了检验。结果显示,不同位置叶片空间伸展坐标预测值RMSE均小于30%,80%以上预测D值大于0.7,表明模型对超级玉米叶片伸展特征有较好的模拟,将悬臂梁原理应用于超级玉米叶片伸展动态的模拟是可行的。

二、玉米叶片三维形态的数学模拟研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、玉米叶片三维形态的数学模拟研究(论文提纲范文)

(1)马铃薯薄片干燥过程三维形变检测研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 干燥过程物料形变检测方法
        1.2.2 三维检测法在农业工程方面的应用
    1.3 本论文的主要研究内容
    1.4 技术路线
    1.5 本章总结
第二章 热风干燥系统设计
    2.1 引言
    2.2 热风干燥系统总体设计
    2.3 机械结构设计
    2.4 控制系统设计
        2.4.1 温湿度控制系统设计
        2.4.2 风速控制系统设计
    2.5 控制参数测定
        2.5.1 温度控制参数测定
        2.5.2 湿度控制参数测定
        2.5.3 风速控制参数测定
    2.6 本章小结
第三章 马铃薯干燥过程表面形态三维表征
    3.1 引言
    3.2 三维检测系统设计
        3.2.1 三维检测平台搭建
        3.2.2 三维检测平台结构
        3.2.3 三维检测相机介绍
        3.2.4 基准平面校正
    3.3 2.5D图像处理
        3.3.1 图像生成
        3.3.2 图像分析
        3.3.3 图像处理
        3.3.4 高度特征
    3.4 点云处理方法
        3.4.1 点云分析
        3.4.2 点云处理
        3.4.3 物料表面三维形态表征
    3.5 本章总结
第四章 马铃薯薄片干燥试验
    4.1 引言
    4.2 材料和方法
        4.2.1 原料
        4.2.2 主要仪器与设备
        4.2.3 测定指标及方法
    4.3 图像特征分析
        4.3.1 水分比时变特征分析
        4.3.2 最大值特征分析
        4.3.3 平均值特征分析
        4.3.4 投影面积特性分析
    4.4 三维点云特征分析
        4.4.1 厚度单因素试验
        4.4.2 大小单因素试验
        4.4.3 风速单因素试验
        4.4.4 温度单因素试验
        4.4.5 单因素试验总结
    4.5 本章总结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表论文和取得成果

(2)不同受旱条件下冬小麦和夏玉米冠层光截获特征研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
    1.2 国内外研究进展及存在的问题
        1.2.1 冠层光分布与光截获研究进展
        1.2.2 不同层叶片光截获研究进展
        1.2.3 光截获与叶面积指数
        1.2.4 叶面积指数的测量计算方法
        1.2.5 存在问题
    1.3 研究思路及内容、方法及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
第二章 冬小麦和夏玉米叶片形状系数变异性研究
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验区概况
        2.1.2 试验处理
        2.1.3 测定项目与方法
        2.1.4 叶片面积估算模型的建立和评价
        2.1.5 统计分析
    2.2 结果与分析
        2.2.1 全生育期叶片形状系数的变异性
        2.2.2 植株内叶片形状系数的变异性
        2.2.3 叶片形状系数模型的验证
    2.3 讨论
        2.3.1 叶片形状系数变异性
        2.3.2 叶片形状系数模型的验证
    2.4 本章小结
第三章 冬小麦和夏玉米冠层光合有效辐射的传输特征
    3.1 材料与方法
        3.1.1 试验区概况
        3.1.2 试验设计
        3.1.3 测定项目与方法
        3.1.4 数据分析
    3.2 结果与分析
        3.2.1 冬小麦冠层PAR传输特征
        3.2.2 夏玉米冠层PAR传输特征
        3.2.3 日平均冠层PAR透光率
    3.3 讨论
        3.3.1 冬小麦和夏玉米冠层PAR传输特征
        3.3.2 冬小麦和夏玉米冠层PAR传输特征
    3.4 本章小结
第四章 冬小麦和夏玉米冠层光截获特征
    4.1 材料与方法
        4.1.1 试验区概况
        4.1.2 试验设计
        4.1.3 测定项目与方法
    4.2 结果与分析
        4.2.1 冬小麦拔节后冠层光截获
        4.2.2 灌浆期夏玉米不同层叶片光截获
        4.2.3 夏玉米冠层不同层叶片光截获的模拟
    4.3 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
        5.1.1 冬小麦和夏玉米叶片形状系数时间和空间变异性研究
        5.1.2 冬小麦和夏玉米冠层光传输特征
        5.1.3 夏玉米灌浆期冠层不同层叶片光截获特征
    5.2 研究展望
参考文献
附录
致谢
作者简介

(3)玉米和水稻根系的空间分布特性及栽培调控研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 前言
    1.1 作物根构型及其研究进展
        1.1.1 作物根系生长特性及其主要功能
        1.1.2 作物根系的生长发育及类型
        1.1.3 影响作物根系生长的主要因素
        1.1.4 作物根构型
    1.2 作物冠层结构与株型
        1.2.1 作物株型概念及分类
        1.2.2 作物冠层结构以及株型与光合生产及产量形成的关系
        1.2.3 作物株型改良及其遗传研究
        1.2.4 作物株型及冠层结构的模拟研究
    1.3 论文研究内容及其目的意义
2 试验材料与方法
    2.1 玉米植株、根系的空间分布特性及数学模拟
        2.1.1 试验时间、地点、材料与方法
        2.1.2 木制根箱设计及装土
        2.1.3 试验材料的种植与管理
        2.1.4 测定内容与指标计算方法
        2.1.5 模型构建与检验
    2.2 水稻根系的空间分布特性及数学模拟
        2.2.1 试验时间、地点
        2.2.2 模型的建立与检验方法
3 结果与分析
    3.1 玉米根系的生长与空间分布特性
        3.1.1 玉米根系长度及其组成和分布
        3.1.2 玉米根系面积及其组成和分布
        3.1.3 玉米根系体积及其组成和分布
        3.1.4 玉米根系拓扑结构
        3.1.5 氮肥运筹方式对玉米根系生长的影响
        3.1.6 玉米根系空间分布的数学模拟
        3.1.6.1 玉米根系纵向分布的数学模拟
        3.1.6.2 玉米根系横向分布的数学模拟
        3.1.7 氮肥运筹对不同品种玉米根系生长与分布的影响
        3.1.8 小结
    3.2 玉米冠层结构及氮肥运筹对冠层结构的影响
        3.2.1 叶面积及其垂直分布
        3.2.2 叶片姿态及其动态变化
        3.2.3 小结
    3.3 玉米根系与冠层特性关系分析
        3.3.1 玉米根系与冠层生物量特性及相关分析
        3.3.2 不同氮肥运筹对根系与冠层生物量组成特性及相关分析
        3.3.3 玉米根系生长特性与地上生物量相关分析
        3.3.4 不同生育期根系与冠层生物量相关分析
        3.3.5 不同氮素运筹根系生长与地上生物量相关性分析
        3.3.6 不同品种根系分布与冠层性状相关分析比较
        3.3.7 不同氮肥运筹根系与冠层性状相关分析
        3.3.8 小结与讨论
    3.4 水稻根系的空间分布特性与数学模拟及应用
        3.4.1 水稻根系的纵向分布与数学模拟
        3.4.2 水稻根系的横向分布与数学模拟
        3.4.3 水分管理对水稻根系生长和分布的影响
        3.4.4 氮肥管理对水稻根系生长和分布的影响
        3.4.5 稻草还田对水稻根系生长及分布的影响
        3.4.6 小结
4 全文结论与讨论
    4.1 全文结论
        4.1.1 玉米根系生长、空间分布特性及变化
        4.1.2 玉米冠层的构成及其变化
        4.1.3 玉米根系结构与冠层形态的关系
        4.1.4 水稻根系的空间分布特性及栽培措施的影响
    4.2 全文讨论
        4.2.1 玉米、水稻根系的空间分布特性
        4.2.2 玉米叶片的姿态与空间分布特性
        4.2.3 叶片空间分布与根系空间的关系
        4.2.4 栽培措施对玉米、水稻根系和叶片空间分布分布的调控效应
    4.3 主要创新点
    4.4 不足之处
    4.5 有待深入研究的内容
参考文献
致谢
附录
    附录1:攻读博士学位期间科研、学术活动、论文发表等情况
    附录2:词汇表
    附录3:玉米、水稻模型数据计算软件主要核心程序源代码
        附录3.1 水稻根系模型数据计算软件原程序代码
        附录3.1.1 水稻数据文件装载及数据预处理程序代码
        附录3.1.2 水稻纵向模型数据处理函数原程序代码
        附录3.1.3 水稻纵向模型数据图形绘制函数原程序代码
        附录3.1.4 水稻横向模型数据处理函数原程序代码
        附录3.1.5 水稻横向模型数据图形绘制函数原程序代码
        附录3.2 玉米根系模型数据计算软件原程序代码
        附录3.3 玉米模型数据库结构设计

(4)小麦生长可视化关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述与研究目的
    摘要
    1 虚拟作物的特征和用途
    2 国内外虚拟作物研究进展
        2.1 作物生长模拟模型
        2.2 作物形态结构的模拟模型
        2.3 作物生长的参数化几何建模与可视化
    3 国内外碰撞检测研究进展
        3.1 基于图像空间的碰撞检测算法
        3.2 基于几何空间的碰撞检测算法
    4 实时阴影算法研究进展
        4.1 阴影体算法
        4.2 阴影贴图法
    5 研究的目的与意义
        5.1 有待解决的问题
        5.2 本研究的目的与意义
    参考文献
第二章 研究思路与方法
    摘要
    1 研究思路与技术路线
        1.1 研究思路
        1.2 技术路线
    2 材料与方法
    3 研究内容与方法
        3.1 小麦的实时阴影绘制
        3.2 小麦器官、个体、群体的碰撞检测与响应
    参考文献
第三章 基于GPU的小麦的实时阴影模拟研究
    摘要
    1 材料与方法
        1.1 阴影的概念及作用
        1.2 可编程管线与着色语言
        1.3 基于模型的小麦形态可视化
        1.4 数据基础与实验环境
    2 小麦的实时软阴影模拟
        2.1 阴影映射技术概念与基本原理
        2.2 算法具体实现步骤
    3 结果与分析
        3.1 叶片阴影绘制效果比较
        3.2 器官、个体、群体小麦的阴影绘制效果
    4 讨论与结论
    参考文献
第四章 基于曲面分格化和包围体层次树技术的虚拟小麦碰撞检测研究
    摘要
    1 材料与方法
        1.1 叶片曲面的分格化
        1.2 三角形的相交检测
        1.3 叶片的包围体层次树
    2 结果与分析
        2.1 叶片之间的碰撞检测
        2.2 叶片之间碰撞检测的性能测试
        2.3 不同层次虚拟小麦的碰撞检测
    3 讨论与结论
    参考文献
第五章 讨论与结论
    摘要
    1 讨论
        1.1 小麦的实时阴影绘制
        1.2 虚拟小麦器官、个体以及群体的碰撞检测
    2 本研究的创新与展望
        2.1 创新与特色
        2.2 研究展望
    3 结论
    参考文献
在学期间发表的论文与参加的研究课题
致谢

(5)基于积温变化的水稻叶形态伸展过程可视化模拟(论文提纲范文)

1 材料与方法
2 叶片形态积温关系模型
    2.1 叶位有效积温模型
    2.2 叶长与叶位关系模型
    2.3 叶长有效积温模型
    2.4 叶宽与叶长关系模型
    2.5 茎叶夹角变化模型
    2.6 模型的检验
3 叶片三维形态模型
    3.1 叶片边缘曲线
    3.2 叶片的坐标信息
    3.3 三维叶片模型
4 系统可视化实现
5 结 论

(6)农林复合系统中核桃冠层结构动态模拟研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 冠层结构试验研究
        1.2.2 冠层结构模拟研究
第二章 研究区概况及试验研究方法
    2.1 试验区概况
    2.2 研究目标、研究内容
        2.2.1 研究目标
        2.2.2 研究内容
        2.2.3 研究特色及创新点
        2.2.4 研究方法和技术路线
第三章 核桃生长发育的数值模型
    3.1 发育期模拟
        3.1.1 模型描述
        3.1.2 模型验证
    3.2 枝条生长模拟
        3.2.1 主枝(干)的高粗生长模拟
        3.2.2 枝条(侧枝)长度模拟
        3.2.3 枝条(侧枝)粗度模拟
        3.2.4 枝条数量模拟
    3.3 叶片生长模拟
        3.3.1 叶片形状模拟
        3.3.2 单叶面积增长模拟
        3.3.3 单植株总叶面积增长模拟
    3.4 小结
第四章 核桃冠层动态的可视化模拟
    4.1 核桃几何形态特征观测和分析
        4.1.1 观测技术与方法
        4.1.2 近景摄影测量数据精度分析
    4.2 核桃冠层结构动态模拟
        4.2.1 单株核桃冠层结构动态模拟
        4.2.2 条带核桃冠层结构动态模拟
        4.2.3 核桃冠层辐射特征模拟
    4.3 小结
第五章 模拟结果和模型应用分析
    5.1 核桃冠层辐射特征模拟结果分析
    5.2 模型应用分析
        5.2.1 核桃-决明子间作系统
        5.2.2 核桃-绿豆间作系统
        5.2.3 核桃-红小豆间作系统
        5.2.4 核桃-小辣椒间作系统
        5.2.5 核桃-花生间作系统
    5.3 小结
第六章 结论和讨论
    6.1 结论
    6.2 讨论
    6.3 展望
参考文献
在读期间的学术研究
致谢

(7)大田玉米长势的三维图像监测与建模(论文提纲范文)

0 引言
1 试验设备
2 玉米植株参数测量
    2.1 覆盖面积测量
        2.1.1 测量区域的确定
        2.1.2 覆盖面积及平均颜色计算
    2.2 株高测量
        2.2.1 基于双目视觉的株高测量
        2.2.2 基于标定杆的株高测量
3 玉米植株的三维建模
    3.1 玉米叶片建模
        3.1.1 叶脉曲线数学模型
        3.1.2 玉米叶片控制点选取
        3.1.3 玉米叶片节点矢量选取
    3.2 玉米植株建模与可视化
4 试验结果与分析
    4.1 作物测量
    4.2 作物三维建模
5 结论

(8)梨树枝干模型构建与三维实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 研究目的和意义
    1.3 本文主要研究内容和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 本文的组织结构
第2章 虚拟植物理论
    2.1 虚拟植物基础理论
        2.1.1 虚拟植物的计算机模型
        2.1.2 虚拟植物软件实现
    2.2 虚拟植物国外研究现状
    2.3 虚拟植物国内研究现状
    2.4 本章小结
第3章 L 系统理论及建模
    3.1 L 系统基本理论
        3.1.1 L 系统概念
        3.1.2 L 系统的龟形解释
    3.2 L 系统分类
        3.2.1 DOL 系统
        3.2.2 随机L 系统
        3.2.3 上下文相关L 系统
        3.2.4 参数L 系统
        3.2.5 微分L 系统
        3.2.6 Open-L 系统
    3.3 L 系统实现
        3.3.1 环境介绍
        3.3.2 OpenGL 简介
        3.3.3 系统算法流程
    3.4 本章小结
第4章 基于 L 系统的梨树枝干模型三维建模
    4.1 果树形态结构知识
        4.1.1 果树树体分枝结构
        4.1.2 梨树树形形态结构
    4.2 梨树枝干模型构建与三维实现
        4.2.1 梨树枝干模型L 系统文法
        4.2.2 梨树枝干模型效果图
    4.3 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢

(10)基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟(论文提纲范文)

0 引言
1 材料与方法
    1.1 模型的描述
    1.2 检验数据获取
    1.3 模型检验方法
2 结果与分析
    2.1 叶片伸展特征模拟分析
    2.2 叶片幅宽模拟分析
    2.3 叶片纵向伸展模拟分析
    2.4 叶片动态伸展过程模拟分析
3 讨论
4 结论

四、玉米叶片三维形态的数学模拟研究(论文参考文献)

  • [1]马铃薯薄片干燥过程三维形变检测研究[D]. 刘晨. 江苏大学, 2020(02)
  • [2]不同受旱条件下冬小麦和夏玉米冠层光截获特征研究[D]. 周元刚. 西北农林科技大学, 2016(11)
  • [3]玉米和水稻根系的空间分布特性及栽培调控研究[D]. 张玉. 广西大学, 2014(01)
  • [4]小麦生长可视化关键技术研究[D]. 宋伟国. 南京农业大学, 2013(08)
  • [5]基于积温变化的水稻叶形态伸展过程可视化模拟[J]. 孙爱珍,何火娇,杨红云,唐建军,罗威. 江西农业大学学报, 2012(05)
  • [6]农林复合系统中核桃冠层结构动态模拟研究[D]. 李春友. 中国林业科学研究院, 2012(11)
  • [7]大田玉米长势的三维图像监测与建模[J]. 陈兵旗,何醇,马彦平,白由路. 农业工程学报, 2011(S1)
  • [8]梨树枝干模型构建与三维实现[D]. 胡秀珍. 中国科学技术大学, 2011(09)
  • [9]大田玉米长势的三维图像监测与建模[A]. 陈兵旗,何醇,马彦平,白由路. 2010国际农业工程大会数字化设计与仿真技术分会场论文集, 2010
  • [10]基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟[J]. 陈国庆,刘伟,张吉旺,刘鹏,董树亭,王洪梅. 农业工程学报, 2010(06)

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玉米叶片三维形状的数学模拟研究
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