小麦根系三维可视化模拟关键技术探讨

随着农业信息技术的不断发展,虚拟植物越来越受到研究职员的广泛关注。虚拟植物是利用虚拟现实技术在计算机上模拟植物在三维空间中的生长发育过程,它以植物个体为研究对象,具有三维效果和可视化的功能,在农学、生态学、植物学、林学、虚拟教学等众多领域都有广阔的应用远景|教学论文范文|。根据研究的侧重点不同,虚拟植物的研究又分为地上部分研究和根系研究。由于根系环境的不可见性和复杂性,以及丈量|教学论文网|技术和理论方法的局限性,目前虚拟植物的研究主要集中在地上部分,对于根系部分的研究报道较少。本文选定小麦根系为研究对象,在参考国内外对植物根系模拟研究的基础上,建立了小麦根系的生长模型。小麦根系模型基于小麦根系的生理生态过程,对小麦根系的生长发育过程、根系中各根个体的空间分布进行模拟,最后实现了小麦根系的三维可视化模拟。本文的主要研究工作如下:(1)以“小麦根系生长规律研究”试验数据为依据,经观察、分析给出了影响小麦根系生长的几个基本参数,提出了基于生长方程理论和L系统结合的虚拟小麦根系可视化模拟方法。(2)基于生长方程理论建立了小麦根系数学模型,并在水培状况下采集大量的根系数据,利用Matlab软件对数据进行回归分析,建立了相应的生长方程。(3)在分析L系统理论的基础上,实现了二维L系统到三维L系统的转化;分析了特定植株小麦根系的拓扑结构,提取其L系统规则。(4)结合生长方程和L系统规则建立小麦根系模型,在VC++6.0的MFC构架下利用OpenGL技术,依据小麦根系生长规律,使用生长天数与L系统迭代规则相结合的方法实现了小麦根系的连续三维可视化模拟。同时借助OpenGL强大的三维图形库技术,实现了根系的缩放、旋转、平移以及颜色、灯光、平滑等处理。通过虚拟小麦根系生长,可以替代部分费时费力的农业田间与室内试验及优化农业管理措施、指导公道的灌溉与施肥,为研究作物的抗逆性及优化根系构型设计提供帮助,并可作为农业领域科技成果推广、实践教学的辅助手段。【关键词】：虚拟植物虚拟根系生长方程L系统OpenGL
【论文提纲】：摘要4-5ABSTRACT5-10第一章绪论10-171.1研究背景及意义10-121.1.1虚拟植物研究意义10-111.1.2虚拟植物根系的研究意义111.1.3虚拟小麦根系的研究意义11-121.2国内外研究概况12-141.2.1国外研究概况12-131.2.2国内研究概况13-141.3主要研究内容14-151.4主要研究方法15-171.4.1小麦根系形态结构模型研究151.4.2小麦根系生理生态模型研究151.4.3可视化模拟及动态显示过程15-161.4.4实时渲染技术16-17第二章小麦根系生长方程建立17-232.1小麦根系生长试验及数据丈量|教学论文网|17-202.1.1试验设计17-182.1.2根系类型18-192.1.3小麦根系特征192.1.4小麦根系生长丈量|教学论文网|数据19-202.2小麦根系生长主要参数选取及模型建立20-222.2.1根系形态参数模型202.2.2胚根生长数学模型20-212.2.3节根数量增长数学模型212.2.4节根不定根生长长度的参数选择21-222.3小结22-23第三章L系统及小麦根系规则提取23-303.1L系统原理233.2龟模型解释23-243.3多种L系统简介24-273.4小麦根系模拟理论基础分析及三维L系统规则提取27-293.4.1小麦根系模拟理论基础分析273.4.2L系统的三维解释27-283.4.3三维L系统实现28-293.4.4小麦根系三维规则提取293.5小结29-30第四章小麦根系可视化实现30-454.1OPENGL简介30-324.1.1OpenGL特点及功能30-314.1.2OpenGL图形库314.1.3OpenGL工作流程31-324.2OPENGL程序设计关键32-344.2.1图形操纵描述324.2.2像素格式324.2.3像素格式结构32-334.2.4初始化PIXELFORMATDESCRIPTOR结构33-344.2.5设置像素结构344.2.6创建图形操纵描述表344.3VC++结合OPENGL操纵步骤34-364.3.1利用MFC建立基于多文档的OpenGL应用程序框架35-364.3.2绘制OpengGL图形的主要步骤364.4小麦根系的可视化模拟实现36-434.4.1虚拟现实关键技术分析36-374.4.2软件实现技术及总体框架图37-384.4.3初始化绘图环境及场景设置38-394.4.4根系绘制机理39-414.4.5小麦根系生长参数计算41-424.4.6图形编辑42-434.5文件存盘与打印43-444.5.1文件存盘434.5.2图像打印43-444.6小结44-45第五章结论与展望45-475.1结论455.2展望45-47参考文献47-50附录1MATLAB拟合程序示例50-51附录2三维L系统实现函数51-52附录3根系绘制实现函数52-54致谢54-55作者简介55