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。     

基于动态贝叶斯网络的虚拟盆景仿真研究

虚拟植物盆景仿真是虚拟现实(VR)技术在植物生长模拟方面的应用。它既能真实地反映盆景植物的生长变化,又能逼真地模拟其外部形态。利用动态贝叶斯网络对不确定预测问题具有较强的描述能力的特点,分析植物的生理生态特征并生成虚拟植物生理生态的网络模型,通过组件接口控制其形态生长模型。由参数L系统和时变L系统结合构成的形态生长模型保证了盆景植物连续的生长特性。实验表明本系统模拟效果真实,生成的虚拟植物形态逼真。     

棉花根系生长发育的虚拟研究

采用GREENLAB植物功能-结构模型的原理构建了棉花根系模型。该模型以根系基本生长单元为基础,模拟了棉花根系的拓扑结构;根据不同类型的根个体获取生物量能力的不同,通过模拟不同根个体(库)对植株地上部分配给根系的生物量(源)的竞争,实现了生物量在根系中的分配;根据异速生长规则实现了根个体几何结构计算,从而模拟出根个体的轴向生长、径向生长。最后,根据根个体空间伸展规则与空间Voxel元技术,实现了棉花根系的空间结构的虚拟。     

虚拟植物生长建模

精确农业的进一步发展需要基于作物生长规律的生长过程模拟的支持。近年来,由诸多学科交叉而迅速发展起来的虚拟植物模型,为作物生长模拟的发展开辟了新的道路。其中,植株拓扑结构发展过程的模拟是实现虚拟植物模型的关键技术之一。为了能够客观有效地模拟真实的植物生长过程,应用于精确农业研究,采用L系统方法,结合植物的生长机理,对植物生长过程中受到内、外因素的影响进行了模拟研究。     

基于GroIMP的水稻功能与结构仿真模型研究

为探索植物仿真模型构建方法及提高仿真模型构建效率,设计并实现了一个基于相关生长语法RGG及扩展L系统的植物模型构建语言XL的水稻秧苗功能与结构模型.该模型包含了光环境模块、植物结构模型、生理功能模型以及环境设置模块,从而能够在植物外部形态层面及内部生理功能层面同时来描述虚拟植物的生长过程,并通过对植物生理过程与形态结构及环境因子的交互作用的考虑,能够在开源及交互的建模平台GroIMP上实现对虚拟植物的生长状态进行综合预测与动态可视化.简要地介绍了模型中主要模及子模型构建的主要方法及模型构建的关键步骤,并通过模型的图形、数据输出验证了模型的有效性.经过简单地扩展,构建的模型可以直接应用到水稻整个生长期的建模仿真研究中.     

基于多尺度分析的虚拟植物分枝结构三维重建

提出一种基于多尺度分析的虚拟植物分枝结构三维自动重建方法.首先建立控制分枝结构生长的二维层次自动机模型.对同种植物不同植株生长单元和叶元两级组织的形态和几何数据进行采样,用隐马尔可夫树分析生长单元的统计特征及转移关系,隐状态标记具有不同统计特征的各类生长单元,并采用半马尔可夫链描述产生各类生长单元的叶元序列.多尺度分析结果作为二维层次自动机模型的参数,自动控制三维重建过程.仿真实验表明本方法能够较真实地自动重建同种植物分枝结构的三维模型,能满足虚拟农业实验室的植物建模需求.     

模拟植物生长算法的原理及应用

为解决国外主流智能算法普遍存在的参数选择难题,模拟植物生长算法(PGSA)以植物独有的向性运动为启发式准则,将优化问题的解空间当做植物的生长环境,通过生长信息和分枝模式(L-系统)构造出依赖优化环境而不断生长的人工植物分枝生长模式,建立了跳出局部最优解并迅速求出全局最优解的遍历搜索机制和智能算法体系.模拟植物生长算法开拓了"无参数智能优化算法"研究的新领域,本文从该算法的思想源头进行阐述,对国内外学者近年来在不同研究领域应用该算法的情况进行了分析和评述,指出了植物生长原理对智能优化领域的影响以及未来的发展方向.     

改进模拟植物生长算法求解汽车维修车间瓶颈工序的多目标动态调度问题

通过对瓶颈的合理调度可以有效地提升系统效率,钣喷工序是整个汽车维修服务系统的瓶颈.针对于此,结合优化调度理论,对汽车维修车间瓶颈工序调度问题的特性、模型和算法进行了研究,提出了多目标动态调度策略.从最小化目标、机器环境、加工特征和约束等方面分析了瓶颈工序调度问题的特征,建立了对应的数学模型.运用混合重调度策略和改进模拟植物生长算法实现了瓶颈工序多目标动态调度问题的求解.最后,以实例分析验证了算法的可行性和有效性.     

植物多向生长模拟算法

针对整数规划问题提出了一种以植物向光性为启发式准则的智能优化算法——植物多向生长模拟算法. 改进了植物生长激素的分配方式并将随机选择机制引入新枝生长方向的选择,更符合植物生长的自然机理. 利用马尔可夫链描述算法迭代过程,证明了算法的收敛性. 利用无约束和有约束两类具有多个全局最优解的非线性整数规划实例测试了植物多向生长模拟算法的性能,并与基本植物生长模拟算法、填充函数法、罚函数法以及基于遗传算法的混合算法进行了对比. 植物多向生长模拟算法不仅提高全局寻优能力,增加解的多样性和准确性而且提高收敛速度.     

基于光照模型的植物仿真方法研究

自然环境中影响植物生长的主要因素是植物的内部生长特性和外部环境信息.提出了既考虑植物的内部生长特性又利用植物生长的外部环境信息的森林环境模型,即在开放的L-System的基础上应用外部光照原理来模拟森林植物的生长过程.重点解决了模型之间数据传输以及模块的控制问题,并利用遗传算法对外部环境信息进行优化,尽量地避免了植物在空间位置上的交叉和遮盖.实验结果表明,采用光照模型原理建立的森林环境模型,很好地反映了森林生长的空间特性,充分体现了植物的趋光性和植物间的相互影响,真实地再现了森林的生长过程.     

基于虚拟器官的植物可视化

提出一种基于虚拟器官的植物可视化方法。该方法将真实植物器官的生理和形态属性抽象为虚拟器官的属性,以虚拟器官间的关系描述虚拟植物的形态,并通过对虚拟器官属性的变化来实现对整个植物生长过程的模拟。虚拟器官的属性变化由生长规则所控制。生长规则依据虚拟器官的属性和当前的环境属性来决定下一生长周期虚拟器官属性的变化。环境属性的变化由虚拟环境根据环境变化规则来模拟。植物最终的3D形态,由3D引擎通过读取各个虚拟器官的属性来进行展示。实验证明该方法能够对植物生长进行逼真的模拟。

Abstract：

A virtual organ based plant visualization method was proposed.Virtual organ was the representation of physiological and geometric attributes of real plant organ.And the relation among virtual organs was used to describe structure of plant.The process of plant growth controlled by growth rules could be realized by changing attributes of virtual organ.The attributes of virtual organs in the next growth period were determined by growth rules according to the current attributes of virtual organs and environment.The attributes of environment whose changes were controlled by variation rules were simulated by virtual environment.Finally 3D graph of visual plant was rendered by 3D engine which read the attributes of virtual organs to control the rendering process.Experiments show that plant growth can be simulated realistically by this method.     

作物氮素吸收与分配的动态模拟

对作物氮素的吸收和分配的模拟作了一些改进:假定作物地上部与根系的生长总是处于基本平衡状态,作物根系本身不成为限制养分吸收的因素,从而避免了对根系生长和功能变化模拟的困难;采用高产条件下的作物氮素相对吸收速率反映作物对土壤养分要求随生育期的变化;用氮素分配指数描述氮素的分配。采用江苏响水、扬州两地的试验资料对模型检验,表明模型对小麦植株含氮率动态有较好的预测效果。图5,参15。     

基于VR的水电站调度三维图形仿真研究

研究了基于VR的水电站调度三维图形仿真,应用先进的图形技术及VR技术,提出了基于VR的水电站调度图形仿真方法;结合数值理论,提出了水电站图形仿真所包括的三种数学模型;建立了水电站图形仿真数字模型,提出了场景实体、水流实体及水流粒子的数字建模方法;基于虚拟现实技术,实现了可实时交互的水电站调度虚拟场景;进行了工程实例分析,介绍了该方法的应用。     

虚拟视景系统中粒子系统的接口设计与实现

介绍了粒子系统的基本原理和应用,利用面向对象技术的核心思想,针对粒子系统研究分散的现状,对多种已经实现了的粒子系统进行了集成,对粒子系统进行系统的集成和封装,使其模块化,形成了一个方便扩展易于移植容易扩展的粒子系统模块,可方便的用于视景仿真系统中。给出了粒子系统建模的接口定义及层次结构关系,统一了粒子系统模块的应用程序接口,并给出了一些具体应用。     

虚拟广告系统关键技术研究

近几年，虚拟广告系统在全球广播电视行业中得到广泛的应用。首先通过介绍虚拟广告系统的基本原理，结合作者实现的小型虚拟广告系统的具体环节，对系统中涉及的关键技术在理论上进行了探讨。然后详细介绍了作者实现的小型虚拟广告系统的软硬件开发环境，体系结构，以及在工程实践中采用的具体设计方案。最后对该系统性能进行了分析说明。     

根腐病生防颗粒剂对重茬大豆的田间效果

采用田间小区试验,调查和分析了根腐病生防颗粒剂对重茬大豆根腐病的防治效果和生长发育及产量的影响,结果显示,根腐病生防颗粒剂可促进大豆出苗,增加干物质积累和叶面积指数,根瘤回氮作用增强,两年大豆根腐病防效分别为37．5％和58．74％,分别增产5．43％和25．86％。图6,表1,参13。     

货台空投系统的三维动画仿真

提出了基于DirectX的货台空投系统三维动画仿真软件的设计思想和实现方法,将空投系统仿真与计算机三维动画实现技术相结合,设计开发了多级多伞货台空投系统的三维动画仿真软件。具备数据管理与分析、系统动力学计算、降落伞动力学计算、关键计算参数的实时查询、空投过程三维动画演示、货台出机安全性分析等功能。应用本软件对实际空投过程进行了仿真,精度和效果均与试验录像基本吻合。还可以用于各种其他类型的货台空投系统以及伞兵或运动员跳伞训练系统的仿真和设计分析。     

星载天线在轨热变形多因素影响仿真分析

热分析技术是星载天线设计工作中的关键技术,以一个抛物面天线为例,通过研究其在宇宙空间中的热平衡关系,依据热弹性理论运用热分析软件并结合正交试验法进行仿真计算,分析了影响星载天线温度场和型面均方根误差的主要因素,分析结果对节约大量的试验费用和提高可靠性具有重要的指导意义。