本文關(guān)鍵詞：基于構(gòu)筑模型的植物表型動(dòng)態(tài)建模方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：虛擬植物研究是一種針對(duì)植物個(gè)體或種群,集植物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、可視化技術(shù)等為一體的交叉學(xué)科研究,是目前大家廣為關(guān)注的熱點(diǎn)研究之一。虛擬植物模型的構(gòu)建,是進(jìn)行虛擬植物研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。植物實(shí)際的生長(zhǎng)發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜多變的過程,形態(tài)模型構(gòu)建的有效性就顯得尤為重要。因此,在虛擬植物形態(tài)發(fā)生模型的研究上,克服模型存在的單一性、局限性,符合植物自身的生長(zhǎng)機(jī)理,滿足更多的植物建模需求就成為本文重要的研究?jī)?nèi)容。虛擬植物模型的研究中,以生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的植物表型靜態(tài)描述性模型,需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)和分析,建模過程困難,且不容易進(jìn)行計(jì)算機(jī)可視化實(shí)現(xiàn)。因此,本文從構(gòu)筑模型出發(fā),符合植物的生長(zhǎng)過程機(jī)理,為能夠表達(dá)更多的植物形態(tài)發(fā)生細(xì)節(jié),融合L-系統(tǒng)方法和自動(dòng)機(jī)模型,提出一種虛擬植物建模的解釋性模型。作為構(gòu)建植物表型的動(dòng)態(tài)建模方法,能夠大大提高虛擬植物模型構(gòu)建的有效性和適用性。本文研究主要從以下四方面展開:1.在對(duì)目前虛擬植物模型研究綜述的基礎(chǔ)上,提出基于構(gòu)筑原理構(gòu)建虛擬植物形態(tài)發(fā)生的靜態(tài)描述性模型,并對(duì)構(gòu)筑模型進(jìn)行了深入探究。模型的有效性、適用性是進(jìn)行虛擬植物建模必須要考慮的首要問題。目前,虛擬植物形態(tài)發(fā)生模型的研究是多層面的,針對(duì)性較強(qiáng)。靜態(tài)描述性模型是建立在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)之上的,能夠精確定義植物形態(tài)發(fā)生過程動(dòng)態(tài)特征。描述性模型形式多樣、功能各異,構(gòu)筑模型是其中最具代表性的。作為植物的一種內(nèi)在生長(zhǎng)規(guī)律,構(gòu)筑模型規(guī)定了植物形態(tài)發(fā)生的方式以及植物生長(zhǎng)的最終結(jié)構(gòu),表達(dá)了植物種類結(jié)構(gòu)特征及植物體內(nèi)存在的形態(tài)發(fā)生進(jìn)程的行為次序,符合建立植物完整結(jié)構(gòu)的基本規(guī)則。2.通過對(duì)植物形態(tài)發(fā)生過程的多層次分析,基于L-系統(tǒng)方法,構(gòu)建虛擬植物的描述性模型,并利于計(jì)算機(jī)進(jìn)行可視化實(shí)現(xiàn)和仿真。構(gòu)筑模型雖然能夠形象而準(zhǔn)確地對(duì)植物形態(tài)發(fā)生進(jìn)行歸納和分類,但缺乏對(duì)植物形態(tài)可視化表達(dá)的有效手段和方法。本文根據(jù)植物構(gòu)筑模型定義的植物形態(tài)發(fā)生模式,從宏觀和微觀兩個(gè)不同層面分別應(yīng)用L-系統(tǒng)給出表型描述性模型。L-系統(tǒng)為描述植物模型提供了一種程序語(yǔ)言,并且為之后進(jìn)一步構(gòu)建動(dòng)態(tài)模型及三維可視化實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)簡(jiǎn)便方法。3.符合植物自身的生長(zhǎng)機(jī)理,在構(gòu)建虛擬植物描述性模型的基礎(chǔ)上,基于自動(dòng)機(jī)模型,深入研究植物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)解釋性模型相關(guān)的關(guān)鍵機(jī)制。(1)本文目標(biāo)是對(duì)植物表型進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模,而植物表型是與其生物學(xué)性狀相關(guān)內(nèi)容緊密相關(guān)的,因此成功建立植物表型動(dòng)態(tài)模型的關(guān)鍵,是必須將植物性狀產(chǎn)生的機(jī)理作為整個(gè)建模創(chuàng)建的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)。(2)結(jié)合雙尺度自動(dòng)機(jī)相關(guān)原理,從宏觀和微觀兩個(gè)不同尺度再現(xiàn)植物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過程。微觀層面,在L-系統(tǒng)中引入“S”型玻爾茲曼函數(shù)的微分形式及彈性桿件模型實(shí)現(xiàn)節(jié)間及其上器官的形態(tài)隨時(shí)間行進(jìn)而變化;宏觀層面,植物整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)遵循植物生長(zhǎng)規(guī)律不斷完善。4.按照虛擬植物結(jié)構(gòu)-功能建模的原理和方法,融合更多的生物學(xué)因素,提出一種基于構(gòu)筑原理的虛擬植物表型動(dòng)態(tài)建模方法�；陔p尺度自動(dòng)機(jī)及植物結(jié)構(gòu)-功能建模的基本原理,提出生長(zhǎng)單元、宏?duì)顟B(tài)鏈及生長(zhǎng)單元標(biāo)記法等從宏觀和微觀兩個(gè)層面來構(gòu)建模型。符合植物生長(zhǎng)自然規(guī)律,基于構(gòu)筑模型的多層面,分層次建模方法大大提高了虛擬植物建模效率,拓寬了虛擬植物建模的應(yīng)用領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：構(gòu)筑模型 L-系統(tǒng) 微分方程 彈性桿件模型 3D
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q94;TP391.9
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)12-13
• 1.4 文章組織結(jié)構(gòu)13-16
• 第2章 植物形態(tài)發(fā)生模型16-28
• 2.1 植物的形態(tài)建模方法16-17
• 2.1.1 靜態(tài)模型16
• 2.1.2 動(dòng)態(tài)模型16-17
• 2.1.3 形態(tài)發(fā)生的生長(zhǎng)模型17
• 2.2 描述性模型17-23
• 2.2.1 構(gòu)筑模型17-18
• 2.2.2 L-系統(tǒng)18-22
• 2.2.3 DLA模型22
• 2.2.4 IFS模型22-23
• 2.3 解釋性模型23-27
• 2.3.1 生理生態(tài)模型23-24
• 2.3.2 結(jié)構(gòu)-功能模型24-25
• 2.3.3 雙尺度自動(dòng)機(jī)模型25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 基于構(gòu)筑模型的植物表型靜態(tài)建模28-43
• 3.1 植物建模的生物學(xué)基礎(chǔ)28-31
• 3.1.1 植物子結(jié)構(gòu)28
• 3.1.2 分枝方式28-29
• 3.1.3 生長(zhǎng)周期29-30
• 3.1.4 生長(zhǎng)節(jié)律30-31
• 3.2 構(gòu)筑模型31-34
• 3.2.1 二十三種植物構(gòu)筑模型31-32
• 3.2.2 構(gòu)筑模型構(gòu)建32-34
• 3.3 靜態(tài)描述模型構(gòu)建34-40
• 3.3.1 L-系統(tǒng)分類34-38
• 3.3.2 L-系統(tǒng)基本規(guī)則改進(jìn)38-40
• 3.3.3 基于構(gòu)筑模型構(gòu)建靜態(tài)描述性模型40
• 3.4 本章小結(jié)40-43
• 第4章 基于構(gòu)筑模型的植物表型動(dòng)態(tài)建模43-65
• 4.1 改進(jìn)的L-系統(tǒng)模型43-53
• 4.1.1 雙尺度自動(dòng)機(jī)模型原理的融合43-45
• 4.1.2 引入微分生長(zhǎng)方程表達(dá)植物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)細(xì)節(jié)45-50
• 4.1.3 改進(jìn)的枝條彎曲表達(dá)方法50-53
• 4.2 基于構(gòu)筑原理的植物表型動(dòng)態(tài)模型53-57
• 4.2.1 算法原理53-54
• 4.2.2 動(dòng)態(tài)模型模塊架構(gòu)及算法過程分析54-57
• 4.3 仿真與實(shí)現(xiàn)57-65
• 4.3.1 開發(fā)環(huán)境與平臺(tái)57
• 4.3.2 具體實(shí)現(xiàn)57-59
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)M59-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65
• 5.2 工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果71-73
• 致謝73

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本文編號(hào)：268582