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玉米三维重构及可视化系统的设计与实现 总被引：19，自引：3，他引：19
重构出植物的三维形态是数字植物研究的基础。介绍了玉米三维重构及可视化系统的整体结构、数学基础及实现过程。系统由器官几何造型模块、生长模型模块、可视化控制模块、数据库和人机交互界面组成。其中，玉米叶片、茎节、雄穗、雌穗和根系的三维形态是由基于器官形态结构主要特征而构建的参数化的几何模型来描述的。模型参数具有较明确的生物学意义，均可由品种特征或生长模型生成；系统运行时，根据玉米品种特征和玉米生长模型生成植株的拓扑结构参数和器官几何模型参数，通过人机交互操作来确定行株距等农艺措施参数，进而结合VC++和openGL在计算机上重构出玉米器官、个体和群体的三维形态，具有较好地真实感。系统界面友好、使用方便，易于交互，为农学研究者提供了新的手段。 相似文献
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基于形态参数的水稻根系三维建模及可视化 总被引：5，自引：1，他引：4
构建基于形态特征参数的水稻根系几何模型,实现不同生长条件下水稻根系生长动态的三维可视化。本文通过分析水稻根尖生长随生育进程的变化模式,构建了水稻单根三维显示模型,包括根节点初始位置和生长方向的确定以及根轴的空间模拟等;进一步结合水稻根系拓扑结构,以生长度日（GDD）为驱动因子,建立了水稻根系三维重构模型,包括不定根初始发生时间和位置、不定根初始伸展角度、不定根伸长速率、不定根空间分布模型等;然后在Visual C++环境下,结合可视化显示模块、场景控制模块、人机交互界面和数据库模块等,研制了水稻根系三维可 相似文献
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为了实现对玉米形态结构的定量化和可视化描述，提出了基于生长模型的玉米形态模拟及三维可视化的技术框架。通过资料收集和田间观测研究，构建了可描述不同玉米品种叶片、叶鞘和节间等器官的主要形态结构参数随叶序变化的形态知识模型。在玉米生长模型框架内，整合玉米形态知识模型和基于形态特征参数的器官几何模型，使玉米生长模型可输出玉米拓扑结构和各器官的形态特征参数，实现了对玉米形态建成过程的定量化模拟，并进一步驱动几何模型进行玉米植株和冠层的三维重建。根据上述“生长模型-形态模型-数学模型-显示模型”的思路，模拟了玉米“农大108”的三维形态建成过程及冠层的三维形态，具有较强的真实感，为玉米形态结构研究提供了新的思路和手段。 相似文献
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基于OpenGL的小麦形态可视化技术 总被引：21，自引：6，他引：15
形态可视化技术是虚拟植物研究的关键技术之一。本研究以小麦作物为对象,在提出小麦形态可视化技术框架的基础上,首先研究了小麦不同器官的三维几何建模技术,构建了基于器官形态特征参数的几何模型,包括叶、茎秆和麦穗几何模型。用NURBS曲面来模拟叶片和叶鞘;用圆柱体模拟茎秆的节间;并采用组合单器官的方式来构建麦穗模型：用圆柱体模拟穗轴,用椭球体和圆柱体分别模拟小穗的谷粒及小穗枝梗。然后,基于OpenGL图形平台,绘制了小麦器官的三维形态,并提出了颜色渲染、纹理映射、光照处理等真实感图形显示技术;最后,通过耦合小麦植株的拓扑结构模型以及小麦个体之间的相互关系,实现了小麦从器官-个体-群体三个层次的形态可视化,从而为构建可视化小麦生长系统奠定了技术基础。 相似文献
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基于组合型L-系统的单树建模工具的设计与实现 总被引：2，自引：1，他引：1
该文依据植物形态学和树木生长过程的生理生态学原理,提出由器官尺度上升单树尺度的L-系统文法规则组合拼接方法,该方法有利于L-系统树木形态和生长规则的重用,实现对树木形态拓扑结构的本真还原和科学模拟。该文设计了基于L-系统的单树建模工具软件的功能体系结构,并在VC++开发环境下采用OpenGL图形标准、VRML虚拟现实建模语言开发完成了单树建模工具软件-LSTree。LSTree具有模型输入输出、树木三维可视化、生长过程模拟等业务功能,以及良好的人机交互性能和灵活、科学的单树模型组织管理方式。该软件可用于精准农业,以及植物学和生态学方面的教研、宣教等专业研究与应用。 相似文献
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基于可视化类库的植株三维形态配准方法及点云可视化 总被引：7，自引：7，他引：0
精确的植物三维静态形态结构模型有助于植物空间结构相关的各种研究,是虚拟植物、植物建模等问题研究的一个重要方面。研究植物生长过程中的三维信息的获取可以获得作物生长过程中各参数的动态数据,可为精细农业植物生长模型建立等提供依据。该文以植物为研究对象,介绍了虚拟植物及植物三维可视化的研究现状,讨论了植物叶片三维可视化的可行性及必要性。针对植物三维点云的采集与处理上,讨论了三维扫描仪的精度测定方法,并针对基于基准体的植株点云配准问题,提出采用基准体点云平均法向量计算的方法,去除了部分基准体表面的噪声点,提高了植株体的配准精度;采用迭代最近点（iterative closest point,ICP）算法,对植株叶片进行进一步的高精度配准。最后采用基于可视化类库VTK(visualization toolkit)实现了植物点云配准与三维可视化。 相似文献
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基于点云的果树冠层叶片重建方法 总被引：2，自引：1，他引：1
精确的果树三维冠层结构是农业科研人员进行功能结构模型研究的重要载体,该文提出一种快速、精确、自动的果树冠层叶片重建方法。首先根据带叶果树点云的局部和全局特征,建立椭球分层的点云密度收缩方法实现器官点云分离,然后利用邻近传播主成分分析算法实现叶片特征参数的求解,利用Laplacian收缩算法实现冠层骨架点的连通,从而实现冠层叶片的快速自动重建。最后利用C++及Point Cloud Library(PCL)点云库,开发果树叶片点云冠层自动重建系统,对苹果树、柑橘树等不同类型果树进行算法验证,结果表明该方法能够正确识别出的叶片数占冠层总叶片数的90%以上,叶面积指数的正确率大于95%,叶片倾角偏离5?以内的叶片数占总叶片数的90%以上。该方法得到了较好的可视化效果和叶冠三维重建精度,可为后期树体冠层内光合作用的研究、整形修剪、农业仿真试验等提供参考。 相似文献
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基于参数L-系统的油菜花朵与花序生长可视化研究 总被引：16，自引：2，他引：14
为奠定油菜品种株型设计仿真基础,应用参数L-系统的原理,提出了甘蓝型油菜花朵和花序可视化生长的L-系统模型框架。通过对田间试验测量数据统计分析和归一化处理,用Sigmoid 5参数函数拟合花轴节间长度和直径的生长,用Weibull 4参数函数拟合花柄长度、直径的生长。采用L-系统和预定义Bezier曲面建模方法构建油菜花朵仿真模型。根据Bezier曲面的算法,构建了油菜花朵花瓣和萼片及其曲面模型。最后以L-Studio4.0为平台、结合VC++实现油菜花朵和花序的可视化生长模拟。结果表明,该方法可以真实生成油菜花朵和花序,真实感基本达到要求。 相似文献
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小麦麦穗几何模型构建与可视化 总被引：5，自引：1，他引：4
作物器官几何建模是虚拟作物研究的关键技术之一。通过对小麦穗形态结构的观测分析,提出基于形态特征参数的麦穗几何模型及可视化实现方法。在已有麦穗形态模拟模型的基础上,结合麦穗拓扑结构,构建麦穗形态结构几何模型,包括穗轴、小穗（外麸、麦芒、花药等）、麦穗穗形等子模型。其中,穗轴节片使用底面为椭圆的圆柱体进行模拟,节片交错叠加构成穗轴。基于外麸曲面半径变化曲线,以三角面片构造近似半椭球体来模拟外麸;基于麦芒曲线,以三角面片重构横截面近似为等边三角形的麦芒;用非统一有理B样条曲面模拟开花期小花顶端的花药;采用分层模型控制麦穗穗形。然后根据麦穗拓扑结构组合以上各器官,即可构建出麦穗几何模型。进一步结合颜色渲染、纹理映射、光照渲染等真实感显示技术,基于.Net平台,借助CSOpenGL,实现麦穗生长动态的可视化。结果表明,重构出的麦穗具有一定的真实感,能够用于不同品种、不同处理条件下麦穗生长动态的可视化表达。研究结果将有助于实现小麦植株生长动态的数字化、可视化。 相似文献
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以大铃、中铃和小铃3个不同铃重棉花基因型为材料,通过在盛花期测定棉株中部主茎和果枝叶面积及叶面积指数,并用14CO2饲喂中部主茎叶,研究了14CO2同化物在棉株不同层次"铃-叶系统"中的分配特征。结果表明,盛花期中部主茎和果枝单叶面积与铃重呈正相关。小铃基因型棉花群体盛花期叶面积指数最大;大铃基因型棉花蕾铃比中、小铃基因型表现出更强的库活性。主茎叶片产生的同化物除主要输送到对应的果枝外,还向上部、下部的库器官及主茎生长点输送;而流向其对应果枝的同化物,主要供应第一果节蕾铃。 相似文献
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海岛棉资源自然复合盐胁迫综合评价 总被引：1，自引：0，他引：1
为筛选适合盐碱地种植的海岛棉品种,本试验以203份海岛棉进行自然复合盐胁迫筛选及评价。结果表明,株高、始节高、果枝数、蕾铃脱落数、蕾铃脱落率及单铃籽棉产量耐盐系数呈现下降,衣分、铃数、始节数、有效铃数、有效果枝数、单铃皮棉产量、单株籽棉产量及单株皮棉产量耐盐系数略有上升。变异系数表现为单株皮棉、籽棉产量最高。相关分析表明,果枝数与铃数存在显著性正相关,蕾铃脱落率与铃数、始节高、始节数、果枝数、有效铃数、有效果枝数、蕾铃脱落数存在显著相关性,单株皮棉产量与衣分、铃数、果枝数、有效铃数、有效果枝数、蕾铃脱落数、蕾铃脱落率、单铃籽棉产量、单铃皮棉产量、单株籽棉产量存在显著相关性。相关性分析表明,皮棉产量鉴定值、主成分综合得分、隶属函数值、综合得分D值之间均呈显著正相关(P<0.01),说明可以通过这4个指标结合进行海岛棉综合评价及分类。海岛棉资源以耐盐、中耐盐为主,极端材料相对较少,通过对比发现果枝松散型较紧凑型耐盐性更强;此外,筛选到1份耐复合盐极强品种Pima 4,并通过逐步回归筛选到6个海岛棉耐盐指标。本研究为海岛棉花铃期耐复合盐品种的筛选提供了一定的理论依据、鉴定指标及方法。 相似文献
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Chai WM Shi Y Feng HL Qiu L Zhou HC Deng ZW Yan CL Chen QX 《Journal of agricultural and food chemistry》2012,60(19):5013-5022
The structures of the condensed tannins isolated from leaf, fruit, and stem bark of Delonix regia (Bojer ex Hook.) Raf. have been investigated with (13)C nuclear magnetic resonance ((13)C NMR) and high performance liquid chromatography electrospray ionization mass spectrometry (HPLC-ESI-MS) coupled with thiolysis and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) analyses. The results showed that these condensed tannins from D. regia possessed structural heterogeneity in monomer units and degree of polymerization. Propelargonidin (PP) and procyanidin (PC) were found in the leaf, fruit, and stem bark of D. regia, while prodelphinidin (PD) was found only in the leaves. The polymer chain lengths of condensed tannins from leaf and fruit organs were detected to be trimers to hexadecamers but from trimers to tridecamers for stem bark. B-type linkages were present in all these compounds. Condensed tannins from different parts of D. regia can be explored as tyrosinase inhibitors and food antioxidants because of their potent antityrosinase and antioxidant activities. The inhibitor concentration leading to 50% enzyme activity (IC(50)) was estimated to be 38 ± 1, 73 ± 2, and 54 ± 1.5 μg/mL for the condensed tannins of leaf, fruit, and stem bark. Condensed tannins extracted from stem bark exhibited the highest antioxidant activity; the DPPH scavenging activity (IC(50)) and the FRAP values were 90 ± 2 μg/mL and 5.42 ± 0.09 mmol AAE/g, respectively. 相似文献
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An attempt was made to monitor 13C that had been photosynthetically assimilated in the foliage of the main stem and branches of peanut plant, as well as in a single leaf at different positions on a branch. When the foliage of the main stem or branch was supplied with 13CO2 for 8 h at the vegetative stage, 13C assimilated in the branches was detected in the roots and nodules in addition to the foliage immediately after the exposure, whereas when the main stem was supplied with 13CO2, 13C was not detected in the roots and nodules immediately after 13CO2 feeding. At the reproductive stage, 13C assimilated in the main stem or branch was found in the leaves, stems, fruit (shell, seed coat, and seed), roots, and nodules immediately after assimilation. Photoassimilates from each leaf of the branch at the reproductive stage were exported to the fruit and leaves that were attached to the same branch. Namely, photoassimilates in the leaves of odd nodes were mainly translocated to the fruits attached to the first node, whereas such photoassimilates from the leaf of even nodes were mainly translocated to the fruit attached to the second node. When the foliage of a branch had been fed 13CO2 at the vegetative stage, the loss of the assimilated 13C by respiration was about 40% of the total assimilated 13C within 23 d and about 65% within 93 d after the exposure, and a small amount of photoassimilates was detected in the fruit. On the other hand, at the seed-filling stage, about 35% of the photoassimilates were utilized for seed growth within 10 d after the end of exposure. These results suggest that in the peanut plant, the carbon source of nodules mainly depends on the branch, and the main stem plays an important role as carbon source for the fruit, that a sink organ for carbon is connected with a specific sources leaf by the vascular bundles, and that most of the carbon sources for the growth of peanut fruit depend on the photoassimilates at the reproductive stage. 相似文献
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基于面向通道分组卷积网络的番茄主要器官实时识别 总被引：2，自引：2，他引：0
番茄器官的实时准确识别是实现自动采摘、靶向施药等自动化生产的关键。该文提出一种基于面向通道分组卷积网络的番茄主要器官实时识别网络模型,该模型直接用特征图预测番茄器官目标边界和类型。以统计可分性、计算速度等为判据,并结合样本扩增训练,分析了该网络和几种典型网络在番茄器官图像处理上的性能,以此筛选出识别网络的基础结构,在基础结构后面分别附加带dropout层的面向通道分组卷积模块和全卷积层作为识别网络的总体架构。试验结果表明:用面向通道分组卷积网络作为识别网络的基础结构,可在显著提高网络召回率、识别速度和精度的前提下,大幅降低模型的大小,该结构网络对花、果、茎识别的平均精度分别为96.52%、97.85%和82.62%,召回率分别为77.39%、69.33%和64.23%,识别速度为62帧/s;与YOLOv2相比,该文识别网络召回率提高了14.03个百分点,精度提高了2.51个百分点。 相似文献
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为更加直观的展示小麦的整个生长过程，同时为教学科研提供支持，将系统分析方法和数学建模技术应用于小麦植株的形态建成，通过对小麦形态数据的定量分析，并结合前人的研究成果，构建了小麦形态建成模拟模型，包括叶片形态建成子模型(包括叶长、叶形、叶面积、叶片空中伸展曲线、茎叶夹角、叶色和叶片衰亡)、茎形态建成子模型(包括茎长和茎粗)、叶鞘形态建成子模型(包括叶鞘长和叶鞘粗)和麦穗形态建成子模型(包括穗长和麦芒)等。并以此为基础，结合已有小麦生长模拟模型WheatGrow，在Microsoft Visual C＋＋平台上利用OpenGL构建了基于形态模型的小麦虚拟生长系统(WVGS)，初步实现了小麦生长过程的可视化表达。建立的模型库主要包括形态模型、生长模型、可视化模型以及场景控制模型四部分。所建数据库主要存储气象数据、土壤数据和品种参数。系统运行结果表明该系统能较好地模拟小麦形态特征，能较逼真的实现小麦生长过程的虚拟显示。 相似文献
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为了探明氮素对棉花形态指标与蕾铃脱落的影响,该研究通过设置施氮量试验,以累积温光效应为驱动变量,以花铃期棉株下部果枝对位叶平均氮浓度为氮营养指标,模拟氮营养水平对棉花主要形态指标与蕾铃脱落率的动态影响。结果表明,棉花下部果枝对位叶氮浓度随花后天数呈幂函数下降趋势,其平均氮浓度出现的花后天数占花铃期总天数的比值较稳定,可作为植株N营养状态指标;棉株的果枝数、果节数、成铃数随累积温光效应（cumulative thermal and solar radiative effectiveness,TSE）呈logistic曲线变化,棉蕾数和幼铃数随TSE呈二次曲线变化,且各拟合方程中的参数响应N处理而变化,与花铃期棉株下部果枝对位叶平均氮浓度呈二次函数关系。利用独立的试验资料检验,在不同施氮水平下,棉株果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的RMSE分别平均为1.1个/株、2.7个/株、2.4个/株、1.6个/株、1.4个/株和3.5%,模拟值与观测值具有较好的吻合度;在不同种植密度条件下,模拟值与观测值也具有较好的吻合度。本研究可为棉田施肥管理提供参考。 相似文献