番茄植株精确重构释解论文.doc

番茄植株精确重构释解论文 番茄植株精确重构释解论文预读: 摘要:1侧枝模型建立番茄的主茎和侧枝构成了整株结构的骨架,侧枝枝条上叶片、花和果实,形成完整的番茄植株.番茄的侧枝形态呈多态性,随在主干上生长叶位的不同,形态的大小、弯曲程度、叶片数量以及侧枝上叶片的分布都呈现一定的规律性.为保持这种多态性,通过观察与数据分析,初步将侧枝分为:生长在主干下部、中下部、中上部、中部和顶部的5类侧枝.为使番茄枝条重建更符合真实情况,采集10株番茄的多角度图像数据,对每株的每个侧枝进行分析.从每株5个特定部位选取5类枝条,统计10株番茄5类枝条的各类型叶片的数量,经过平均得出每个侧枝上实际应包括的各类叶片数如表1所示.从表1可得到每个侧枝上应添加的各类叶片的数量.由于中上部和中下部各类型叶片的数量和叶片总数几乎相等,且观察其形态,这两部位分布的枝条长度相差较小,所以为减少建模工作量,两种枝条合为一种模型.2植株形态交互式设计依据番茄器官的形变特征和主要形态,设定各器官的主要形态特征参数,结合描述器官形态特征的模板文件,通过交互输入具体的参数值,实现番茄器官的参数化设计［20］.依据不同器官几何建模方法的不同,设定器官参数如下:叶片的主控参数为叶长和叶宽;侧枝的主控参数为枝条的总长、方位角和倾角;主干的主控参数为主干总长和主干上侧枝的总数;果实的主控参数为颜色、果实横向和纵向最大横截面的半径.这些主控参数均具有明确的生物学意义,并且可以通过知识规则或实际测量获取.依据对番茄侧枝以及果实生长叶位和形态的统计,获取侧枝与果实的生长规律,利用该交互式软件,用户可以方便地生成番茄植株,图8为软件操作流程图.3模型验证利用上述方法,对番茄单株模型进行三维重建,并对其拓扑结构和形态特征进行了对比验证.对番茄的重构主要从拓扑结构分布、器官形态差异等方面进行,因此,模型验证也主要针对以上参数进行验证.番茄作物不同于一般园艺植物,它叶片形状多样,不便于一一进行大小测量等,为了考察所建立模型的准确性,从叶片覆盖面积对模型进行验证.叶片和侧枝的分布呈多个方向,且大小不一,因此,本文选择叶片总面积和垂直投影两类数据进行验证,拟分别比较总叶面积、垂直投影叶面积及其比值3个数值.如图10所示,分别计算两种方法重建得出的几何模型的垂直投影面积及总叶面积,并计算两数值的比值(表2).由表中数据可看出,本文方法所建立的番茄植株几何模型与利用3DSMAX及实测数据所建立的几何模型相比,总叶面积S1误差为2.88%,垂直投影叶面积S2误差为2.01%,两者均在允许误差范围内.叶片垂直投影面积和总叶面积的比值S3反映了叶片方位角和形态分布的概率,本文所建模型的比值为0.4788,利用实际植株所建立模型的比值为0.4832,误差为0.91%.所得误差在允许范围内,验证了本研究所采用番茄模型的建立方法和研究空间拓扑结构分布规律的方法有一定的科学性.4结束语根据原创论文搜集的数据统计分析,针对番茄形态复杂的特点,通过大量实验数据的统计分析并借助三维数据获取设备,构建了番茄叶片和侧枝的三维模板库,并基于器官模板分类方法,结合植物参数化几何建模,构造了具有较高真实感的番茄几何模型,实现了番茄器官和个体的三维可视化表达.基于以上方法开发了番茄形态可视化交互式设计软件,软件结构设计合理,各器官模板采用外部读入的方式,方便番茄形态的扩展,为番茄生长系统的数字化、可视化模拟提供了实用的软件工具.。