虛擬植物模型研究概況

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1、亞熱帶農(nóng)業(yè)研究第6卷第3期SubtropicalAgricultureResearch2010年8月虛擬植物模型研究概況林秋燕，陳由強(qiáng)(1．福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；2．農(nóng)業(yè)部甘蔗遺傳改良重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，福建福州350108)摘要：虛擬植物模型應(yīng)用L—system為基礎(chǔ)，構(gòu)建各種算法，用軟件表現(xiàn)出植物在環(huán)境影響下的生長(zhǎng)情況、內(nèi)部物質(zhì)成分等。本文主要對(duì)環(huán)境和植物相互影響的虛擬植物模型進(jìn)行了概述。·關(guān)鍵詞：虛擬植物模型；L-system；環(huán)境；植物中圖分類號(hào)：Q943文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-0925(2010)03-0205-04Researchou

2、tlineofthevirtualplantmodelLINQiu—yan．CHENYou—qiang’(1．CollegeofLifeSciences，F(xiàn)ujianNormalUniversity；2．KeyLaboratoryofSugarcaneGeneticImprovement，Minist~ofAgriculture，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian350108，China)Abstract：PlantSmodelbasedonL-systemandbuildingthealgorithmabouttheefectsoftheenvironmento

3、nplantsCanshowtheconditionsofgrowingofplants．Inthispaper，virtualplantmodelforresponsetothefactorsafectinginteractionbetweenenviron-mentandplantWaSsummarized．Keywords：thevirtualmodelplants；L-system；environment；plant虛擬植物模型是利用一些算法(如L算法、AMAP、greenlab等)為基礎(chǔ)形成的一些軟件]。這種軟件含有構(gòu)建植物生長(zhǎng)模式的數(shù)據(jù)框架圖，

4、該數(shù)據(jù)為表現(xiàn)植物形態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)。通過(guò)輸入影響植物生長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，軟件能夠把植物在各個(gè)生長(zhǎng)階段的情況模擬出來(lái)。目前，該類型的軟件已能成功地模擬一些農(nóng)作物(如棉花)的生長(zhǎng)情況。制作虛擬植物模型的核心：(1)選擇合適的系統(tǒng)。目前，多數(shù)虛擬軟件以L—system為制作基礎(chǔ)。(2)用L—system系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建植物的虛擬模型。其中涉及到運(yùn)用L—system來(lái)生成數(shù)學(xué)函數(shù)，該數(shù)學(xué)函數(shù)要表現(xiàn)植物生長(zhǎng)的過(guò)程以及外部環(huán)境或內(nèi)部因素與植物生長(zhǎng)之間的相互關(guān)系。(3)將植物的最終生長(zhǎng)形態(tài)用二維或三維圖像表現(xiàn)出來(lái)，或?qū)⒅参飪?nèi)部的各種成分，如蛋白質(zhì)、糖、水分等的含量，以關(guān)系圖的形式表現(xiàn)出來(lái)

5、。因此，對(duì)虛擬植物模型的研究可以為科研人員的試驗(yàn)提供參考。1虛擬植物模型概況1．1發(fā)展歷史與意義植物虛擬模型和可視化的發(fā)展可以追溯到1962年，ULam應(yīng)用細(xì)胞自動(dòng)化機(jī)制來(lái)模擬植物樹枝的生長(zhǎng)。隨后Linden提出了將L—systems作為構(gòu)造植物虛擬模型的一般框架；緊接著，Honda第1次將樹的結(jié)構(gòu)用計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出來(lái)。從此，制作植物模型成了一門活躍的交叉學(xué)科，并且其應(yīng)用范圍和深度不斷擴(kuò)展，特別是當(dāng)計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)者發(fā)明了一種可以用于分析植物圖形的算法模型后]。最初，主要用計(jì)算機(jī)表現(xiàn)植物的外在形態(tài)，后來(lái)將植物的特定生長(zhǎng)階段與其所受到的外部環(huán)境因素相互聯(lián)系起來(lái)。早

6、期的收稿日期：2010—06—23作者簡(jiǎn)介：林秋燕(1984一)，女，碩士研究生。研究方向：植物生理發(fā)育。通訊作者陳由強(qiáng)(1954一)，男，教授。研究方向：植物生理學(xué)與分子生物學(xué)。Email：yqchen@方nu．edu．cn?！?06·亞熱帶農(nóng)業(yè)研究第6卷軟件主要模擬環(huán)境如何影響植物的生長(zhǎng)，而較晚出現(xiàn)的軟件則可以把植物和環(huán)境之間包括植物和植物之間的相互影響模擬出來(lái)。之后這成了植物模型的主要研究方向【6-8J。目前，有些軟件還研究出有關(guān)植物的內(nèi)部生理環(huán)境、外部環(huán)境因素對(duì)物質(zhì)含量分配影響的模擬函數(shù)，并將之可視化。制作虛擬植物模型的意義：(1)可以很快地在計(jì)算

7、機(jī)中模擬植物的生長(zhǎng)，而不需要通過(guò)長(zhǎng)期種植來(lái)獲得有關(guān)信息；(2)可以分析病蟲害出現(xiàn)的時(shí)間，提前做好應(yīng)變措施，確定最佳的噴藥時(shí)間；(3)可以在虛擬的農(nóng)田環(huán)境中進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，替代現(xiàn)實(shí)生活中部分比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的試驗(yàn)；(4)可以預(yù)測(cè)植物內(nèi)部的生理生化反應(yīng)。1．2虛擬植物模型軟件目前，虛擬植物模型軟件一般有GOSSIM(gossypiumsimulationmode1)，該軟件以L—system為基礎(chǔ)，是我國(guó)開發(fā)的COTGROWL3；還有APSIM、GePSi、GPSF、SPASS、VgSimu等J。其中，SPASS(soil—plant—atmospheresyst

8、emsimulation)軟件包括作物、土壤、小氣候(mieme~