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基于形态特征参数的稻穗几何建模及可视化研究 总被引：6，自引：0，他引：6
【目的】建立基于形态特征参数的稻穗几何模型,实现稻穗的可视化。【方法】通过对稻穗形态建成过程中关键特征的观测分析,利用三维几何建模技术,构建基于形态特征参数的稻穗几何模型,包括穗曲线、穗轴、次枝梗和小穗几何模型;用Bezier曲线来拟合穗曲线,将二维空间的穗曲线映射到三维空间,构建穗轴几何模型;用一段穗轴及圆柱体模拟一次枝梗和二次枝梗;并分别用椭球体及圆柱体模拟小穗的谷粒及小枝梗,最后基于稻穗的拓扑结构,构建稻穗几何模型。模型参数主要有穗长、穗倾角、一次枝梗长、一次枝梗数目、二次枝梗长、二次枝梗数目、谷粒大小等。【结果】在稻穗几何模型基础上,基于OpenGL图形平台,实现了稻穗生长过程的三维可视化, 较好地描述了稻穗形态建成过程。【结论】稻穗的可视化为建立可视化水稻生长系统奠定了基础,同时对其它作物的可视化表达也有很好的借鉴意义。 相似文献
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不同氮吸收效率玉米品种的根系构型差异比较：模拟与应用 总被引：16，自引：2，他引：14
【目的】研究玉米根系构型及其在土壤中的空间分布与氮吸收效率的关系,并通过根系功能-结构模型将根系构型可视化。【方法】以玉米自交系氮高效478与氮低效Wu312为材料,在田间试验的基础上,通过对种子根和不同轮次节根扫描,并以实测根长结果为参数,在改进的根系功能-结构模型的基础上对根系形态进行模拟。【结果】氮高效自交系478的种子根和每一轮节根长度、根系形态,以及根系在土壤空间中的分布都优于氮低效自交系Wu312。从模拟的角度可以看出,478根系具有较大的生长速率和分支密度。对不同轮次节根的发生、生长和衰老规律研究表明,第1～3层节根仅占总根长的很小部分,其根长分别在播种后35、57和76 d左右达到最大值,随后开始衰老;第4层以后的节根发生时间集中,与植株进入快速生长期、吸氮速率迅速增加密切相关。第4层以后节根的根长均在播种后93 d左右达到最大值,随后开始迅速衰老。【结论】玉米根系形态及其在土壤中的时空分布差异是造成氮素吸收效率差异的重要因素。以根系长度为参数,可以利用根系功能-结构模型实现不同生长发育阶段的玉米根系构型差异的可视化。 相似文献
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西瓜三维形态几何建模和真实感绘制技术研究 总被引：11，自引：3，他引：8
【目的】实现西瓜形态的数字化设计和生长的可视化模拟。【方法】提出一种基于B样条曲线的西瓜器官几何造型方法,并利用位置信息和茸毛生成技术描述器官的局部细节特征;依据西瓜器官的主要形态特征,提取器官几何模型的主控参数,参数具有较明确的农学意义,结合模板技术实现西瓜主要器官和植株三维形态结构的交互式设计;同时也可以根据西瓜植株拓扑结构发展规律,通过动态驱动参数化器官几何模型的方法实现植株生长的可视化模拟。【结果】本文提出的西瓜器官三维形态建模和植株结构交互式生成方法易于与农业知识结合,所重构的形态模型具有较好的真实感效果。【结论】文章提出的方法具有较好的普适性,为瓜果类作物三维形态的交互设计和形态模拟提供了实用的方法和手段。 相似文献
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【目的】根系建模是虚拟水稻可视化模型中重要的组成部分,是认知以及研究水稻根系形态结构的重要方法,并为精确农业提供依据,本研究旨在构建仿真效果较好的水稻根系模型。【方法】利用水培法开展试验,测定水稻根系各类形态参数。【结果】构建了基于分形L系统的水稻根系模型,包括不定根模型、分枝根模型、旋转角度等信息。首先根据水稻根系形态特征解析出分形L系统的产生式,然后借助MATLAB软件实现了根系的形态模拟,最后根据模拟效果图进一步优化了分形L系统的产生式,提高了模型精度。【结论】构建完成的模型能够较好地模拟水稻根系的生长过程,在智慧农业发展过程中,具有一定的参考价值。 相似文献
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烟草地上部植株三维重构与可视化 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】实现烟草的数字化与可视化。【方法】本文采用模板技术对烟草植株进行三维重构,首先通过三维数字化仪对烟草器官进行测量和形态特征提取,然后基于形态结构特征分别建立了烟草叶片、花朵、果实和茎节等器官的参数化几何模型,保存为模板文件,最后调用相应的模板文件,结合图形变换方法拼接成完整植株几何模型。【结果】利用本文方法可方便构造烟草各主要时期的三维模型。【结论】所建立的烟草植株几何模型具有较高的真实感,为其三维形态交互设计和可视化模拟提供了技术支撑。 相似文献
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【目的】用数字化方式描述植物形态结构与生长发育过程,是正确认识和表达植物生长发育规律的有效手段。本文旨在对形态结构较为复杂的葡萄树进行精确描述与定量分析,对葡萄树的数字化表达和处理技术进行研发与深化。【方法】针对葡萄树的形态结构特征和生长发育过程,划分并定义葡萄树的基本结构单元,包括葡萄树主干、多年生蔓、新梢和着生于枝蔓上的器官,其中新梢包括果枝和营养枝;着生于枝蔓上的器官包括芽、花序、果穗、副梢、叶片和卷须等。基于对葡萄树结构单元的划分,借鉴国内外结构单元的命名经验、习惯与演变趋势并结合田间观察结果,遵循葡萄树各结构单元出生的时空顺序,系统地提出了以年为单位的葡萄树地上部各结构单元数字化命名方案,以字母表示结构单元的类型,数字表明出生顺序和结构单元编号。命名方案还包含了各结构单元的着生关系和分枝来源等信息,整合了多年生长机制下由新梢到蔓,再到多年生蔓的生长变化过程,并以节间为单位,以有序集的方式描述了新梢的构成。在命名方案基础上,给出了组合器官与复杂操作表示方法,包括（1）基于结构单元命名的葡萄树结果母枝与结果枝组的复杂器官表示方法;（2）人工修剪对葡萄树结构变化的数字化描述;（3）以年为单位的葡萄树动态生长数字化描述;（4）多年生葡萄树生长发育过程回溯;（5）基于葡萄树结构表示的各级结构单元量化统计分析等方法。【结果】以郑州国家葡萄种质资源圃极短梢修剪的V字形‘赤霞珠’葡萄树和北京市农林科学院林业果树研究所试验温室的搭架式T字形‘香妃’葡萄树为例,分别给出两种树形的数字化表达,实现了复杂葡萄树结构的明确表示,包括各器官的唯一性命名、各器官的连接关系等。在结构表示的基础上,进行了新梢结构单元量化统计、副梢及卷须人工修剪、种植年限增加带来的葡萄树结构变化表达等的数字化描述,结果表明方法对不同树形、不同生长时期葡萄树形态结构描述的普适性与有效性。【结论】葡萄树形态结构的数字化表示有助于更加直观地理解葡萄树的形态结构与生长发育方式,对葡萄树功能-结构模型的构建,实现葡萄树形态结构的精确描述、可视化表达、定量分析,以及对葡萄树内部各要素的状态、发展演变过程的定量计算和模拟及进一步的预测和评价具有重要意义。葡萄树结构单元划分与命名方案对相似结构的木本植物研究有一定的借鉴与参考作用。 相似文献
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基于形态模型的棉花（Gossypium hirsutum L.）虚拟生长系统研究 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】基于棉花形态器官形成过程的定量描述,模拟棉花三维生长过程,为虚拟棉作研究提供技术基础。【方法】基于2005－2006年棉花品种、播期、氮素、水分和DPC化控试验,将系统分析方法和数学建模技术应用于棉花植株的形态建成,通过对棉花形态数据的定量分析,构建了棉花形态建成模型,主要包括：主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径等模型。结合OpenGL技术,在Visual C++6.0平台上实现了棉花虚拟生长系统VGSC（virtual growth system for cotton）。【结果】棉花形态模型采用Logistic方程描述各器官尺寸随GDD（生长度日,℃?d）、氮素、水分及DPC的动态变化过程,利用2006年的试验数据对模型进行检验,棉花主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径的观测值与模拟值的根均方差分别为0.85、0.82、0.87、0.57、0. 086、0.65、0.74、0.8、0.73、0. 016、0.36和0.4 cm,模型预测性好。此外,以NURBS（non-uniform rational B-spline, 非均匀有理B样条）曲面模拟棉花叶片及棉铃形状,以圆柱体实现茎（节）可视化表达,构建的虚拟生长系统主要包括模型库、数据库和人机界面。【结论】用户输入系统所需的相关参数值,就可较好地模拟显示棉花器官、个体和群体的三维动态生长过程。 相似文献
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【目的】研究玉米根系对玉米抗倒伏性的影响,为筛选出抗倒伏性优良、产量高的玉米品种提供理论依据。【方法】本文通过国内外玉米根系对玉米抗倒伏性的影响研究专题进行了归纳总结,从玉米根系的三维图像构建、生长发育质量、延伸形态、抗倒伏指标和遗传性状,对影响玉米抗倒伏重要因素之一的根系性状进行系统的综述。【结果】随着技术的进步构建玉米根系三维模型正逐步应用到实际操作当中,为研究人员提供便利;玉米初生根、次生根、气生根生长发育优良的品种,极大提升了玉米抗倒伏性;横展型根系是玉米理想的抗倒伏根系延伸形态;根干重、根系开张角度、入土次生根条数、根体积、根直径、根层数是大多数学者选用的根系抗倒伏指标;目前常用QTL与GWAS技术对根系基因进行分析,定位了初生根直径、初生根长度、总根长、根尖数等一些根系相关的QTL,筛选出气生根直径、气生根角度等气生根性状相关联的SNP位点。【结论】明确玉米抗倒伏根系的优良性状并用现有的技术对其加强表达,是增产的重要手段。 相似文献
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小麦苗期根系三维生长动态模型的建立与应用 总被引：11，自引：2，他引：11
【目的】构建小麦根系的三维动态模拟模型，并对模型进行初步的评估。【方法】采用GREENLAB植物功能-结构模型的原理，在根系生长发育基本单元基础上，模拟了根系的拓扑结构；通过模拟不同根个体（库）对植株分配给根系的生物量（源）的竞争，实现了生物量在根系中的分配；根据异速生长规则实现了根个体几何结构计算。通过温室土柱栽培试验对小麦苗期根系结构与生物量进行了测定，获取了模型参数，进行了小麦苗期根系结构与生物量分配的模拟与分析，并以三维可视化的方式给出根系的形态结构空间分布。【结果】通过模拟根系生物量在各类根个体中的分配并依据根个体生物量与形态的关系，该模型可以定量化地模拟根系结构生长的动态变化过程；不同类型根的长度测定值与模拟值的均方根差值在1.2～35.0 cm之间变化，相对误差值在0.01到0.23之间变化，R2在0.42～0.94之间变化；对模型参数灵敏性分析表明，模拟结果对参数变化的响应比较适中。【结论】GREENLAB模型的原理可以应用于对作物根系形态结构和生物量分配的动态模拟；模型参数的选择是合理的，构建的模型能够从机理层次反映根系的生长发育过程。 相似文献
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玉米叶片形态建模与网格简化算法研究 总被引：4，自引：1，他引：4
【目的】协调禾本科作物形态模型的可视化效果和计算效率之间的关系。【方法】提出一种利用非均匀有理B样条（NURBS）插值结合使用多直线段分裂算法（splitting）来重建玉米叶片三维形态并实现曲面网格简化控制的方法。【结果】该方法利用三维数字化仪采集的数据点，通过计算节点矢量、差值计算反求曲面控制点等步骤构造出玉米叶片曲面，具有较强地真实感效果；根据叶片形态特征，采用多直线段分裂算法的逆运算来对叶片曲面网格数量进行简化，在尽可能保持曲面特征的同时可显著降低网格数目。【结论】应用该方法进行玉米冠层可视化与光分布计算，结果表明，在不显著增大计算误差的前提下，可以明显地提高计算效率。 相似文献
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【目的】研究取食经茉莉酸甲酯（MeJA）处理的玉米对粘虫生长发育的影响,揭示玉米相关抗虫机制,为利用植物自身抗性进行害虫防治提供理论依据。【方法】对玉米苗喷施100μmol/L的MeJA溶液,将处理24 h后的玉米苗喂食粘虫1龄幼虫,连续喂食直至化蛹,观察分析粘虫生长发育情况;通过荧光定量PCR研究外源MeJA处理后玉米植株茉莉酸通路上关键基因的表达变化,并用超高效液相色谱—串联质谱（UPLC-MS/MS）对处理后的玉米叶片相关激素进行定性和定量分析。【结果】与对照相比,取食经MeJA处理的玉米叶片后,6龄粘虫幼虫体重减轻11.67%,蛹重减轻18.20%,羽化率降低7.35%,成虫存活时间缩短0.93 d,而蛹期延长0.27 d。荧光定量PCR检测结果,外源MeJA处理24 h后,ZmLox基因的表达量显著上调（P<0.05,下同）,达对照的5.57倍;ZmAos基因表达量在处理12 h后显著增加,24 h后降至对照相近水平;ZmAoc基因和ZmOpr基因表达量在处理后12和24 h无显著变化（P>0.05,下同）。UPLCMS/MS定性定量分析结果表明,喷施MeJA 24 h后,玉米叶片中二氢茉莉酸（H2JA）含量显著增加,为对照的5.67倍,而茉莉酸（JA）、茉莉酸—异亮氨酸（JA-ILE）和MeJA含量无显著变化。【结论】外源喷施MeJA能诱导玉米产生防御能力,影响取食的粘虫生长发育;ZmLox基因的显著表达和激素H2JA的产生可能是玉米抗虫的一个重要机制。 相似文献
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【目的】利用红边参数的动态变化规律建立不同品种滴灌棉花叶面积指数估测模型。【方法】以棉花品种新陆早50号、新陆早58号和鲁棉研24号(杂交棉)为材料,分析LAI和红边位置的动态变化,构建滴灌棉花叶片红边参数-LAI估算模型。【结果】LAI增长最快时期均出现在40~70 d,不同品种滴灌棉花的LAI增长速率有明显的差异,表现为:鲁棉研24号>新陆早50号>新陆早58号;不同品种棉花均在病虫害发生期出现蓝移现象,在棉花正常生长下,出现红移现象。红边参数与LAI均达到极显著相关,构建3个估算模型中,鲁棉研24号精度最高(R2=0.816 8 ,RMSE=0.77)。【结论】建立的估算模型均可对LAI进行有效估测。 相似文献
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【目的】研究开花调控转录因子CONSTANS（CO）同源基因在甘蓝型油菜中的表达特征。【方法】以早熟甘蓝型油菜品系D626-6和晚熟甘蓝型油菜品系D125-5为材料,依据甘蓝型油菜CONSTANS同源基因Bn1CON19设计特异性引物扩增CO基因全长编码区,并根据获得的cDNA序列设计实时荧光定量特异性引物,采用SYBR Green I染料法进行实时荧光定量PCR研究CO基因表达差异。【结果】在整个生育期内,早熟和晚熟甘蓝型油菜品系的CO基因以叶片中的表达量最高,花蕾和茎中表达量次之,且早晚表达量高于中午时分;在不同生育时期内,抽薹期表达量最大,且早熟甘蓝型油菜品系CO基因在叶片和花蕾中的表达明显高于晚熟甘蓝型油菜品系。【结论】CO同源基因在甘蓝型油菜成花过程中以及生育期的长短上发挥着一定的作用。 相似文献
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【目的】探究原肌球蛋白（tropomyosin,TM）是否在猪背最长肌生长发育过程中发挥生物学功能。【方法】采用SYBR® Green II 荧光法进行荧光定量PCR分析TPM1基因在通城猪和长白猪中的组织表达谱,以及出生前和出生后背最长肌发育中（28个发育点）的表达变化。【结果】TPM1基因在两种猪中背肌和心肌中都有丰富地表达,在背最长肌发育过程中的表达趋势相似,即TPM1基因的表达量先增加后减少,但出现峰值的时间不同（通城猪中,TPM1基因在胚胎期75 d的表达量显著高于其它时间点,P＜0.05;长白猪中,TPM1基因在胚胎期90 d的表达量显著高于其它时间点,P＜0.05）。【结论】TPM1基因的表达与猪背最长肌生长发育及品种间肌肉表型差异有关。 相似文献
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不同算法红边位置监测小麦冠层氮素营养指标的比较 总被引：6，自引：1，他引：5
【目的】红边位置常被用于监测作物叶片氮素营养状况。本文旨在通过不同算法提取红边位置,分析并比较不同算法提取的红边位置对氮素营养监测模型的准确性和可靠性差异,确定监测小麦叶片氮素营养的最佳红边位置算法及定量模型。【方法】基于不同施氮水平、播种密度、品种类型和生育时期的小麦田间试验,系统分析不同算法的红边位置(一阶微分、倒高斯法、多项式拟合法、四点内插法、拉格朗日法、线性外推法)与冠层叶片氮素营养指标的定量关系,比较不同算法红边位置对氮素营养监测的准确性和可靠性。【结果】线性外推法为计算小麦红边位置的最佳算法,并建立了基于线性外推法的小麦冠层叶片氮素营养定量监测模型。【结论】研究结果为小麦冠层叶片氮素营养指标的可靠监测提供了有效途径。 相似文献
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基于高斯函数的水稻叶曲线动态模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】以高斯函数为基础构建空间曲线模型,模拟研究水稻叶曲线空间变化特征。【方法】基于不同年份与施氮水平的水稻桶栽试验,定期利用三维激光扫描仪FastScan获取水稻主茎不同叶位叶曲线空间坐标数据,并利用动态建模技术构建水稻主茎不同叶位叶曲线动态模拟模型。【结果】水稻主茎不同叶位叶曲线末端与y轴正方向的夹角（AH）随生长度日（GDD）呈快-慢-快的变化趋势,符合S型曲线;从第1叶到第7叶,AH的最大值随叶位增加而增加,随后随叶位增加而减小;鞘叶夹角∠BFC与AH呈极显著线性关系。本文利用Logistic方程分别描述了不同施氮水平下水稻主茎各叶位叶曲线对应的AH以及叶曲线模型参数Sm随生长度日GDD的变化;使用分段函数描述了AH最大值随叶位的变化;将适宜施氮条件下水稻主茎第7叶位叶曲线末端与y轴正方向的夹角作为品种参数量化品种对叶曲线的影响,引入氮素影响因子量化不同氮素水平对叶片披垂度的影响。利用独立田间试验资料对所建立的模型进行检验后显示,不同施氮水平下主茎不同叶位叶曲线实测点到模拟曲线的改进Hausdorff距离（LTS-HD）的均值在分蘖中期和拔节期分别低于0.88 cm和1.18 cm。【结论】模型对水稻主茎叶曲线的空间动态变化过程具有较好的预测性,研究结果为进一步提高水稻叶片及植株的可视化效果提供了技术支持。 相似文献
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【目的】探索优质、快速的甘薯育苗新方法,为甘薯种苗快速繁殖提供科学依据。【方法】采用漂浮育苗、固体基质育苗和土床育苗方法,观察3种育苗方式下薯苗的生长、发苗天数等相关生物学性状,并记载甘薯茎蔓的腋芽发生、叶数、苗高生长及发根情况。【结果】漂浮育苗处理甘薯茎蔓发苗时间最快（6 d）,成活率最高（85.0%）,育苗发根数最多（9.7根）,根长最长（6.2 cm）。【结论】甘薯茎蔓漂浮育苗具有发苗时间较快、管理成本低、薯苗壮实等特点,1个月内可达到成苗标准,在甘薯薯苗快繁中有较大的优势,值得推广应用。 相似文献