植物激素调节作用下的植物生长模拟研究

论文摘要

随着计算机和虚拟现实技术的飞速发展,利用计算机对植物生长情况进行模拟逐渐成为学界研究的热点。其中以展示植物外形视觉效果为目的,在商业、娱乐、教育、计算机辅助设计等领域有广泛应用的虚拟植物的模拟已取得较成熟的发展,它们模拟的植物色彩绚丽,形态效果逼真;然而在农林业研究领域,忠实于植物生长发育规律的虚拟植物的模拟还远远没有达到实用阶段,结合植物生理、外界环境多种因素影响下的植物生长进程的展现还远没有达到预期的效果,这方面的研究还有很大的发展空间,基于农林业领域的研究也具有更大的实用价值。本文所探讨虚拟植物生长研究就属于农林业领域,以农林业应用为背景的植物生长模拟研究通过植物发育的模拟实验来指导农林业生产,它不仅要模拟植物外部形态的发育进程,而且必须忠实植物学理论,必须要有准确、科学的植物学生长依据。为真实客观地模拟植物生长发育状况,本文在植物形态发育的过程中,综合考虑了植物内部生长因素和外部环境的影响,将反映植物内部生长机理的植物生理生态模型与植物形态发育模型结合起来进行建模,并重点对植物激素调节作用下植物生长发育做了研究。本人在研究生期间所做的主要工作即本论文的主要内容和进展如下:①研究了国内外虚拟植物研究的现状,对比各个虚拟植物生长建模及其实现的方法,指出了当前研究方法和解决方案的优缺点;并对主要方法进行了部分实验验证。②在深入分析了各种植物建模方法后,基于L系统方法提出了一种比较完善植物生长系统模型,这个模型综合考虑了植物内部基因、生理模型、外部环境和形态结构,更加系统地对植物的生长进行建模。③采用标准图形软件接口OpenGL和支持可视化编程的集成开发环境VS2005,实现了虚拟植物生长系统Virtual Plant 2.0,在实现L文法基本功能的基础上对L文法进行有效扩充(颜色列表、贝塞尔生长曲线);可建立3DS器管模型,并结合纹理、光照对器官进行渲染;实现植物环境交互。④深入研究植物激素植物学机理,包括激素的合成,运输,分配,分解和对植物生长的调节作用原理。⑤在Virtual Plant 2.0系统下进行植物激素调节作用的实验,重点模拟了两种有代表性的激素:生长素和乙烯调节作用下植物的发育情况,并在具体模拟过程中,引入环境因素(如剪枝、逆境),并把这些内外部因素与植物形态发育模型进行融合。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 虚拟植物研究的背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 虚拟植物生长模型概述
• 1.2.2 生态生理模型的研究
• 1.2.3 形态发生模型的研究
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本文的章节安排
• 2 植物生长系统模型
• 2.1 引言
• 2.2 植物的生长发育
• 2.3 植物生长系统建模
• 2.3.1 L 系统
• 2.3.2 环境交互模型
• 2.4 本章小结
• 3 虚拟植物生长系统设计
• 3.1 系统文法说明
• 3.1.1 辅助文法符号
• 3.1.2 文法格式
• 3.1.3 主要功能文法说明
• 3.2 系统详细设计
• 3.2.1 整体框架
• 3.2.2 植物模块设计
• 3.2.3 交流模块设计
• 3.2.4 环境模块设计
• 3.3 本章小结
• 4 植物激素调节作用下的植物生长模拟
• 4.1 植物激素
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 生长素
• 4.1.3 乙烯
• 4.2 生长素的模拟
• 4.2.1 生长素的合成模拟
• 4.2.2 生长素的降解与运输的模拟
• 4.2.3 生长素调节作用的模拟
• 4.2.4 剪枝环境的模拟
• 4.3 乙烯的模拟
• 4.3.1 乙烯合成的模拟
• 4.3.2 乙烯调节作用的模拟
• 4.3.3 逆境对植物发育的影响的模拟
• 4.3.4 模拟结果
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表及录用的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目