虚拟植物生长中几个问题的研究

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1、中国科学院自动化研究所博士后学位论文虚拟植物生长中几个问题的研究姓名：赵星申请学位级别：博士后专业：控制科学与工程指导教师：胡包钢20030901博士毛毒菇摄告NLPR_L／AMA：赵星致谢我要衷心感谢导师胡包钢研究员。感谢他多年来对我的支持和教导。胡老师方正的为人，f“谦的科研作风、渊博的知识，都给我留下了深刻的印象，是我学习的榜样。法国PhilippedeReffye教授是我的另一位导师。感谫f他多年来在学术上对我的栽培和生活上的关心。DeRefrye教授的孜孜不倦的一I：作精神、和蔼乐观的处世态度、敏锐的科学洞察力都使我非常佩服。在法国INRIA度过的日子令人难忘。感谢中法实验

2、室的娄文利老师。她在工作和生活上帮了我很多忙。最后，感谢中法实验室的展志岗、康孟珍、王风、滕军、吴林、李重、李昌智、杨余久、陈其兵、王艳妮、孔思章等同学，感谢大家兄弟姐妹般的深情，和大家一起工作非常愉快。另外还要感谢在中法实验室的法国同事MarcJAEGER和JeanFrancoisBARCZI以及在法国INRIA的MauriceGOURSAT、ClaudeCOMEZ、SergeSTEER等，他们给我了很多帮助。第3页碡士磊出站擐告NLPR_LIAMA崖皇论文摘要虚拟植物生长是指在计算机上形象直观地再现植物的生长过程。它的研究内容十分广泛，本文主要集中研究虚拟植物生长三个方面的问题：

3、1．建立忠实于植物学的植物形态模型“形态模型”是虚拟植物生长研究的基础，虽然目前各国研究人员提出了许多植物形态发生模型，但大部分模型用于单纯植物外观形态的模拟。为了能有效客观地模拟真实植物的生长过程，将来应用于农林业研究，本文基于植物的生长机理，建立了多尺度自动机模型。该模型参数物理意义明确，结构简洁条理，形象直观，易于理解和编程实现。2．植物根系形态的模拟由于植物根系隐藏于地下，很难对其进行直接的观察，到目前为止，虚拟植物研究的主要：Ii作集中在地上部分，根系是其薄弱环节。植物从土壤获取水分、养分受根系的形态结构影响很大。本文建立根系的形态结构模型。该模型基于实验观察，充分考虑了根

4、系三维形态结构，能够模拟根系中每个根节在生长过程中随着时间的变化其生理年龄、位置和趋向性等特征的动态发展。3．结合根系的植物生理模型的建立由于植株个体的生命活动是以整体进行的，应从包括地上和地下部分的植株整体水平上构建虚拟植物模型。本文建立了一个结合根系的植物生理模型。该模型将植物的形态结构与功能⋯体考虑。对于某一时段，模型根据当前植物的形态结构模拟植物对资源的获取，计算植物的光合产量；根据植物的生理规律，决定植物器官的生长或死亡、新器官的产生，从而模拟植物拓扑结构的变化；根据植株体内光合产物的分配、器官建成，从而模拟出植物新的几何形态，并由此进入下一时段的模拟。该模型具有结构与功能

5、的反馈能力，更符合植物生长机制。第4页／目／j-B＆镕拯告NLPH_LIAMA趔室Abstract”Virtualplantgrowth”iscomputersimulationofthestructuraldevelopmentandgrowthofplantsin3-Dspace．Thisthesisfocusedonthreeaspectsoftheresearch．1PropositionofamorphogeneticmodelfaithfultobotanyMorphogeneticmodelisthefundamentaltheoryofvirtualplantgrow

6、th．Avarietyofplantmorphogeneticmodelshavebeenreported，butmostofthemarebasedOilrealisticimagesynthesis．Inordertosimulatethegrowthofrealplanteffectivelyandobjectively,andtoapplytothestudyofagronomyandforestryinfuture，amulti-scaleautomatonmodelispresentedfromtheviewpointofbotanyinthisthesisThepara

7、metersofthismodelhaveexplicitlyphysicalmeaningsrelatedtotheplantgrowthmechanisms．andmevcanbestructuredforinputwithdiagram．2．SimulationofrootmorphologyandarchitectureDuetothedifficultyofdirectlyobservingandquantif撕nRthearchitecture