基于棉花形態(tài)模型的虛擬生長系統(tǒng)研究.pdf

1、本研究在綜合國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以棉花為研究對象，以2005年和2006年不同氮素水平和播期試驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用系統(tǒng)分析原理和數(shù)學(xué)建模技術(shù)，綜合棉花各個器官形態(tài)生長過程與主要環(huán)境影響因子之間的定量關(guān)系，構(gòu)建了基于有效積溫的棉花主莖葉、果枝葉、主莖、果枝、棉鈴形態(tài)模型。應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，在 Visual C++平臺上引入OpenGL系統(tǒng)，構(gòu)建了綜合性的基于棉花形態(tài)模型的虛擬生長系統(tǒng)。主要研究結(jié)果如下： 1．建立了主要效應(yīng)

2、因子模型 運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法，構(gòu)建了溫度、氮素、水分和化控等效應(yīng)因子模型，該系列效應(yīng)因子模型能夠較好的解釋和反應(yīng)各因子對棉花器官形態(tài)動態(tài)生長變化的影響。 2．建立了棉花莖、枝、葉形態(tài)模型 根據(jù)2005年盆栽試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以Logistic方程為基礎(chǔ)，在綜合考慮氮素、水分、化控等因子影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以有效積溫(GDD)為驅(qū)動變量的棉花主莖葉、果枝葉、主莖、果枝等器官的形態(tài)模型，并利周2006年品種和氮肥試驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型

3、進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，棉花主莖和果枝葉片長度、寬度、葉柄長度及主莖節(jié)間和果節(jié)的長度和粗度等各個器官形態(tài)模型的均方差根(RMSE)分別為0.66cm(n=118)、0.87cm(n=118)、0.77cm(n=118)、0.57cm(n=111)、0.77mm(n=111)、0.43cm(n=107)、0.55cm(n=107)、0.43cm(n=107)、0.73cm(n=130)、0.16mm(n=130)，這充分表明棉花各個器官形態(tài)

4、模型模擬值和觀察值具有較好的吻合度，模型具有較高的模擬精度和較好的預(yù)測性。 3．建立了棉鈴形態(tài)模型 在2005年盆栽試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首先將棉鈴分為鈴長和鈴寬兩部分分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后以有效積溫(GDD)為主線，量化了鈴長和鈴寬與有效積溫的動態(tài)變化關(guān)系，用Logistic方程分別構(gòu)建了鈴長和鈴寬形態(tài)模型，并利用2006年品種和氮肥試驗(yàn)資料對棉鈴形態(tài)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，鈴長和鈴寬形態(tài)模型的均方差根(RMSE)分別為0.

5、39cm(n=110)、0.4cm(n=110)，模型具有較高的精確度和預(yù)測性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)棉鈴體積與鈴長、鈴寬的關(guān)系構(gòu)建了棉鈴體積形態(tài)模型。 4．建立了棉花器官虛擬顯示模型 基于棉花各個器官的形態(tài)特征，基于OpenGL函數(shù)和MURBS曲面分別構(gòu)建了棉花葉片和棉鈴的虛擬顯示模型，應(yīng)用二次曲面．柱體構(gòu)建了葉柄、主莖節(jié)間和果節(jié)的虛擬顯示模型，然后根據(jù)棉花拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將各個器官的虛擬顯示模型進(jìn)行組合，構(gòu)建了棉花整株虛擬顯示模型

6、，顯示效果表明，該模型具有一定的可行性和實(shí)用性。 5．建立了基于棉花形態(tài)模型的虛擬生長系統(tǒng) 運(yùn)用系統(tǒng)分析方法，以面向?qū)ο蟮腣C++6.0編程語言為開發(fā)工具，運(yùn)用VB 6.0設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，利用Access 2000設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了基于棉花形態(tài)模型的虛擬生長系統(tǒng)(VGSBCMM)，該系統(tǒng)主要包括人機(jī)接口、數(shù)據(jù)庫、形態(tài)模型庫、虛擬輸出模塊和場景控制模塊，它具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、動態(tài)性、機(jī)理性、預(yù)測性等多重優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)棉花預(yù)測數(shù)據(jù)