基于微分L系统理论的植物根系生长模拟的算法

根据植物根系的几何特征,利用微分L系统理论设计生成植物根系连续生长的算法。产生式用于表达植物根系分枝的产生,生长函数用于控制内节点的长度(根段随时间的延长)、分枝根的长度和分枝角的增加。植物根系的生长函数呈S形,用三次多项式表示。

基于生长函数的大豆根系生长的三维可视化模拟

植物的可视化模拟与仿真能为植物生长研究提供直观、迅捷的科学研究方法。植物根系在生长介质中的三维空间造型与分布,对水分养分的利用具有十分重要的作用。为了避免植物根系生长环境的不可见性和次要因素的影响,定量地直观地研究根构型的适应性变化,将植物根构型的多个生长函数和植物根系的形态发生模型耦合起来,结合可视化方法,建立了植物根系生长的三维可视化模拟系统。以大豆根系为研究对象,根构型的生长函数采用前期研究已获得的三次多项式形式;形态发生模型采用微分L系统理论编译其生成规则;可视化方法采用一系列连接在一起并平滑处理的圆台代表根轴。系统设计成只需输入三次多项式形式的生长函数的系数,就可直观地、连续地、可控地获得该根系生长的可视化图形和根构型几何参数。

盆栽番茄根系三维生长模型构建与实现

为探明负压地下灌溉条件下的盆栽番茄根系分布规律,通过试验测定不同生长时期的盆栽番茄根系三维空间坐标和生长参数.统计分析所测试验数据,明确了番茄各级根长生长函数、分根点分布及其侧生概率和侧生方向.基于番茄根系拓扑结构和实际生长规律,提出利用微分L系统构建番茄根系三维生长模型以描述盆栽番茄根系生长规律及其边界条件.文中以所构建的盆栽番茄根系三维生长模型为算法基础,利用OpenGL技术实现盆栽番茄根系三维生长可视化模拟系统,直观地再现了负压地下灌溉条件下盆栽番茄根系在不同生长时期的空间分布和生长情况.通过与试验数据对比分析,对于幼苗期的盆栽番茄根系分布平均模拟拟合度约为83%,而对于结果期的根系分布平均模拟拟合度约为91%.因此所建模型能够有效模拟盆栽番茄的根系生长情况.基于微分L系统的盆栽番茄根系三维生长模型可以表达不同生长时期番茄根系的形态特征和生长规律,为进一步研究土壤水分与根系生长的互作用奠定基础.