植物器官精细建模技术研究综述
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植物学研究的现状与趋势文献综述与前瞻植物学是生物学中的一个重要分支,研究植物的生理、生态、进化、分类等方面的知识。
随着科技的进步和研究方法的不断改进,植物学的研究逐渐深入和扩展,涌现出许多新的研究领域和方向。
本文将综述植物学研究的现状及其未来的发展趋势。
一、植物生理与生态学的研究植物生理与生态学是植物学的重要分支,研究植物在生长发育和生活环境中的生理和生态适应性。
近年来,随着分子生物学和遗传学的发展,植物的基因调控机制和生理代谢途径得到了深入研究。
例如,植物激素的合成与信号传导的机制,植物对环境胁迫的适应性机制等。
同时,近距离的无人机和遥感技术的应用也使得对植物群落及其分布和动态变化的监测更加精确和高效。
二、植物分类学的研究植物分类学是植物学的基础,研究植物的分类、命名和进化关系。
传统的植物分类学以形态学为主要研究手段,随着分子生物学的快速发展,分子数据在植物分类学中得到了广泛应用,例如,DNA条形码技术的引入使得快速鉴定植物物种成为可能。
此外,系统发育学的进步使得研究者能够重建物种间的进化关系,推测它们的共同祖先和演化路径。
三、植物生殖和繁殖的研究植物的生殖和繁殖是植物学中一个重要的研究领域,研究植物的生殖方式、花粉传递、受精及种子发育等过程。
现代研究方法使得对植物的生殖过程有了全新的认识。
例如,基因工程技术的应用可在遗传层面上改变植物的生殖方式和特性,进而提高作物的产量和抗性。
此外,植物的构树方式及其与环境的互动关系也成为当前研究的热点。
四、植物基因组学的研究植物基因组学是植物学的前沿领域,研究植物的基因组结构、基因功能和基因组演化。
随着高通量测序技术的发展,植物基因组的测序和组装成为可能。
通过对植物基因组的研究,可以发现植物的基因家族和功能基因,揭示植物的基因调控网络和生物过程。
此外,蛋白质组学和代谢组学的发展也为植物基因功能的深入研究提供了新的手段。
五、植物保护与生物技术的研究植物保护和生物技术是当今植物学研究的热门领域之一。
福建电脑2010年第1期植物器官精细建模技术研究综述王伟斌(福建省空间信息工程研究中心福建福州350002)【摘要】:本文在虚拟植物器官几何造型技术研究的基础上。
对植物体中器官尺度的精细建模技术进行重点研究.依据植物器官的不同特点,以植物体最重要的叶器官和果实器官为例。
综述了目前国内外主流的植物器官精细建模方法。
【关键词】:植物器官造型、自由曲线、精细建模1.引言目前,随着虚拟植物理论及技术研究的不断深人.虚拟植物应用领域的不断扩大,虚拟植物逐渐朝着两个重要的趋势发展.一是朔着大范围、高复杂度的大场景实时绘制方向发展.例如实时绘制复杂度高的森林场景.场景中涉及到的树木种类繁多.形态变化剧烈111.这对场景实时绘制效率和场景图形的层次细节模型(LOD)显示都有很高的要求12-31。
另一个重要趋势就是组成植物体的器官尺度模型,例如植物的茎、叶、果实、花等器官的建立越来越朝着精准度高的方向发展f蝴,即虚拟植物器官建模粒度越来越小.所建器官模型越来越精细.与植物的生理生态过程结合程度越来越高,能够越来越精确模拟植物的真实生理过程,然而.目前的虚拟植物研究中.涉及器官尺度的建模研究还处于起步阶段.困内外对植物器官进行有精确定义的儿何造型及形变的研究还不多见阐。
凶此.本文以植物器官精细建模技术为主要研究对象,针对目前研究力度不够深人的精细器官建模.展开研究。
以期能够减少外业实地测量的工作强度.缩短研究周期,节省人力物力,以实现农林业生产的可持续发展F_哪.为将来制订合理的农林业技术措施,增加作物产量。
平衡周年供应,指导整形修剪等提供重要的可视化工具l蜘1。
2.主要器官建模关键技术虚拟植物器官几何建模技术大致经历了三个主要的发展过程。
第一个阶段称之为传统的几何建模方法.即使用简单的几何图元模拟植物器官,例如使用棱柱模拟树干.球模拟果实等。
后来为了提高模拟精度,开始使用较为复杂的几何方法.例如多项式拟合、样条曲线、曲面等19l。
第42卷第11期2006年11月林业科学SCIE NTI A SI LVAE SI NIC AE V ol 142,N o 111N ov.,2006虚拟树木生长建模及可视化研究综述雷相东1 常 敏2 陆元昌1 赵天忠2(11中国林业科学研究院资源信息研究所 北京100091; 21北京林业大学信息学院 北京100083)摘 要: 虚拟树木,就是应用计算机模拟树木在三维空间中的生长发育状况,近年来已成为植物学、农林业、环境科学和计算机领域的研究热点。
生长模型和可视化技术是它的核心内容。
虚拟树木生长模型包括形态结构模型、功能模型和结构-功能模型等,其中结构-功能模型可以模拟树木与环境间的相互关系,其结果为树木的三维结构,因此它最为接近现实树木的生长,是虚拟树木生长模型的发展方向。
树木形态的复杂性与计算时间和空间的矛盾一直是可视化研究中的难点。
树木可视化还有不同于其他物体的特性,如多级分枝、枝条的弯曲、自相似、向光性、树木分枝间的光滑与非光滑连接等。
树木可视化软件可分为2类:纯图形学软件和基于结构-功能模型的软件,其应用已涉及娱乐、商业、计算机辅助景观设计、教育、科研和林业生产等方面;但在树木构筑型数据的采集和管理、结构-功能模型的建立、树木可视化技术的研究及面向林业生产等方面仍需要大量的工作。
关键词: 虚拟树木;生长模型;可视化中图分类号:S71;TP39118 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2006)11-0123-09收稿日期:2005-04-28。
基金项目:国家863计划项目(2003AA209020),国家自然科学基金项目(30371157)。
A R eview on G row th Modelling and Visualization for Virtual T reesLei X iangdong 1 Chang M in 2 Lu Y uanchang 1 Zhao T ianzhong 2(11Institute o f Forest Resources In formation Techniques ,C AF Beijing 100091;21College o f In formation ,Beijing Forestry Univer sity Beijing 100083)Abstract : Virtual trees are m odels that describe the grow th and development of a tree in 3D space by com puter simulation.The study of virtual plants has been m ore and m ore popular in botany ,agriculture ,forestry ,environmental sciences and com puter.G row th m odelling and visualization techniques are essential parts of virtual plants.G row th m odels of virtual trees include m orphological structural m odels ,functional m odels and functional 2structural m odels.Functional 2structural m odels may simulate the interaction between trees and its environment ,whose outputs are 3D structure of trees.Therefore ,functional 2structural m odels are m ore close to realistic tree grow th process and lead the trend of tree grow th m odelling.One of the major difficulties in tree visualization is the contradiction of between com puter time and mem ory occupation and tree m orphological structure com plexity.S pecific features different from normal objects for visualization cover self 2sim ilarity ,ram ification ,branch bending ,phototaxy ,sm oothly and un 2sm oothly blending branching etc.T ree visualization software is based on either pure graphics or functional 2structural m odels ,which has been applied in games ,commerce ,com puter 2assistant landscape design and forestry education ,research and practice.Further w ork should be done in the collection and management of tree architecture data ,the development of functional 2structural m odels ,the visualization techniques and forestry 2oriented application.K ey w ords : virtual trees ;grow th m odelling ;visualization森林是一个复杂的动态生态系统。
植物花器官发育ABC模型研究进展摘要:花器官是陆生植物生殖过程中的重要功能器官,本文综述了花器官发育的ABC模型的产生和发展过程,包括经典ABC模型以及随后发展的ABCD、ABCDE和四聚体模型。
关键词:花发育;ABC模型The Development Research on ABC Model of Floral OrganAbstract:The flower organ is one of important function organs to the terrestrial plants in the process of the reproductive.In this paper, I summarize the the production and development process of ABC model of floral organ development, including the classic ABC model and the later ABCD, ABCDE, and tetramer models.Keywords: flower development; ABC model引言开花植物250000多种,在陆生生态系统中占明显优势[1]。
花器官是陆生植物生殖过程中的重要功能器官,已经成为进化论者和生态学家的研究焦点。
基本的花器官是明显保守的,虽然花的数目、形状、大小、颜色和器官的排列方式不同,但都是对各自授粉方式的适应而导致花结构巨大变化的进化[2]。
植物花发育是植物发育中最为引人注目的阶段,传统生物学对花发育的关注可以追溯到200多年前[3]。
长期以来,对花的研究多限于形态描述以及开花生理方面,有关分子遗传学研究只在十多年前才开始,但研究结果令人瞩目[4]。
在花发育的分子遗传学研究中,对花器官的研究最为深入,已有较为成熟的实验模型指导研究工作。
该模型就是ABC模型,即花发育的同源异型基因作用模型[5-7]。
生命科学中生物体建模的方法及其应用生命科学是研究生命体的各个方面的学科,主要探索生命体的结构、组成、功能、生理、营养等内容。
而对于这些研究内容,生物体建模成为了生命科学研究的一个重要手段。
本文将介绍生物体建模的方法及其在生命科学中的应用。
一、生物体建模的方法生物体建模是一种对生物体进行数字化表达的方法,主要分为以下几种。
1. 解剖模型法解剖模型法直接将生命体进行机械性分解,将其构成部分进行数字化处理并重新组合。
这种方法的优点是清晰明了,能够直接展示不同部位之间的关系以及结构特点。
在研究生物体的组织、器官形态和结构上有广泛应用,如研究动植物、人体器官和纤维细胞等。
2. 生理模型法生理模型法则是基于对生命体的生理过程进行描绘和探索,以此推导出生理规律。
这种方法在生命科学研究的许多领域中都有应用,如计算生物学、生物软件、药理学和神经学研究等。
它主要是将生理模型与实验方法相结合,以便更好地研究生物体的功能特点。
3. 生物信息学模型法生物信息学模型法是最近发展起来的一种生物体建模方法。
它主要基于大数据分析,通过生物信息学技术对生物基因进行建立和分析,以便研究生物基因和分子运作等生物特征。
二、生物体建模的应用生物体建模在生命科学的研究中有许多应用。
以下为其中几个典型的例子。
1. 医药领域医药领域是生物体建模应用的主要领域之一。
通过生物体建模技术,医学界可以更好地理解、分析和研究药物与人体的关系,从而研制出更加安全和有效的药物,或者更好地预测药物的副作用等。
2. 基因研究基因是生命体的核心,基因研究是现代生命科学研究中一个非常重要的方向。
生物体建模可以用来研究生物基因组的构成、结构和特点,从而更好地理解基因作用的方式以及基因与生物体生理功能的关系。
此外,生物体建模还可以用来研究人类基因的变异和突变,从而研究基因的相关疾病和研制相应的治疗方案。
3. 神经科学领域神经科学领域是生物体建模的另一个研究方向,主要是研究神经元的特性和行为。
植物保护毕业论文文献综述植物保护是农业科学领域中的重要研究方向,关注农作物及其他植物遭受的病害和害虫威胁以及应对策略。
本文将对植物保护领域的相关文献进行综述,从防治方法、病害和害虫识别与诊断、植物免疫机制及生物防控等方面进行探讨。
一、防治方法有效的防治方法是植物保护的核心。
在防治方法的研究中,化学方法是最为常用和广泛应用的方式之一。
研究人员通过不同的药剂配方和施用策略以提高防治效果。
然而,随着人们对生态环境的关注和对食品安全的要求提高,生物防治方法逐渐成为一种可持续发展的替代选择。
生物防治方法利用天然的敌害生物、微生物和植物提取物等,以降低农药使用,减少对环境的污染,并保持农产品的质量和安全。
二、病害和害虫识别与诊断在植物保护中,准确的识别和诊断是确定病害和害虫类型以及采取相应措施的重要步骤。
近年来,传统的病害和害虫识别已经得到了许多先进技术的支持和改进。
例如,基因组学和分子生物学的快速发展为病害和害虫的基因检测和分子标记提供了新的手段,从而提高了诊断的准确性和效率。
此外,图像处理、机器学习和人工智能等新兴技术在病害和害虫的自动化识别方面也取得了重要进展。
三、植物免疫机制植物免疫机制是植物抵抗病害和害虫威胁的重要防御系统。
通过识别外来的病原体或害虫,并启动一系列的防御反应,植物能够抵抗它们的侵袭。
在过去的几十年里,对于植物免疫机制的研究取得了重要进展。
植物激素、信号转导通路以及抗病基因等因素在免疫反应中起着重要作用。
对免疫机制的深入了解有助于揭示植物抵抗病害和害虫的分子机制,并为进一步培育抗病抗虫品种提供理论基础。
四、生物防控生物防控作为一种可持续发展的农业生产方式,受到了广泛关注。
生物防控利用天敌生物、有益微生物和植物提取物等方式,减少对农药的依赖,控制病害和害虫的发生和传播。
在生物防控的研究中,天敌生物的筛选和培养、有益微生物的应用、植物提取物的提纯和应用技术是关键研究方向。
此外,生物防控与化学防控以及遗传改良结合的综合防控策略也是当前研究的热点。
课题组plantbiotechnologyjournal综述课题组plantbiotechnologyjournal是一个专注于植物生物技术的综合性学术期刊,致力于为全球植物生物技术的科研人员提供一个交流和分享最新研究成果的平台。
本文将围绕课题组plantbiotechnologyjournal的重要性、特点、研究方向以及未来发展趋势进行综述。
一、植物生物技术的特点与重要性植物生物技术是一门以植物为研究对象的生物技术,它通过基因工程、细胞工程、分子标记等手段,对植物进行改良,提高其产量、品质和抗性,为农业生产提供了新的途径。
同时,植物生物技术也为环保、医药、能源等领域提供了新的解决方案。
随着科技的发展,植物生物技术已经成为全球科研领域的重要方向之一。
课题组plantbiotechnologyjournal是一个专门为植物生物技术研究提供高质量、高水平的学术期刊。
该期刊的特点包括:1.严格的审稿流程:课题组plantbiotechnologyjournal实行严格的同行评议制度,确保每篇论文的质量和学术价值。
2.多元化的研究方向:课题组plantbiotechnologyjournal涵盖了植物生物技术的多个研究方向,包括基因工程、细胞工程、植物基因组学等。
3.关注前沿研究:课题组plantbiotechnologyjournal注重报道最新的研究成果和前沿技术,为科研人员提供最新的学术信息。
三、研究方向综述植物生物技术的多个研究方向中,基因工程、细胞工程和植物基因组学是目前研究的热点领域。
其中,基因工程是利用基因编辑技术对植物基因进行精确编辑,实现植物的改良。
细胞工程则是通过细胞培养、细胞融合等技术实现植物的高效转化。
植物基因组学则是通过对植物基因组的测序和分析,了解植物的遗传特征和变异,为植物改良提供依据。
此外,植物生物技术的应用也拓展到了环保、医药和能源等领域。
例如,利用植物生物技术生产生物燃料、开发环保型农药等。
农林作物三维重建方法研究进展随着科技的不断进步,农林作物三维重建方法已成为研究农作物生长过程、优化农业生产的重要手段。
本文将概述农林作物三维重建方法的现状、研究方法及实验结果,并探讨未来的研究方向和发展趋势。
三维重建技术是指通过计算机技术和图像处理方法,将物体或场景转化为三维模型的过程。
近年来,随着计算机视觉、深度学习等技术的不断发展,三维重建技术已广泛应用于各个领域,包括农业、林业、医学、建筑等。
在农林作物领域,三维重建技术可以用于研究作物生长过程、监测作物病虫害、优化农业生产等方面,具有广阔的应用前景。
目前,农林作物三维重建方法主要包括以下几种:结构光三维重建法:通过结构光扫描获取物体的三维信息,然后利用三角测量原理重建出物体的三维模型。
该方法精度较高,但需要精密的设备支持,且操作较为复杂。
立体视觉三维重建法:通过多个视角的图像获取物体的三维信息,然后利用立体视觉原理重建出物体的三维模型。
该方法适用于远距离和动态目标的重建,但精度较低。
深度学习三维重建法:通过深度学习算法对图像进行特征提取和分类,然后利用分类结果生成物体的三维模型。
该方法适用于复杂结构和动态变化的物体,但需要大量的训练数据。
在农林作物领域,目前应用最为广泛的是深度学习三维重建法。
该方法可以通过对作物图像的学习,自动识别作物的不同部位,如叶片、茎秆、果实等,并生成作物的三维模型。
同时,深度学习算法还可以根据作物的形状、尺寸等特征进行分类和识别,从而为农业生产提供更为精确的数据支持。
在农林作物三维重建方法的研究中,我们采用了深度学习三维重建法进行研究。
具体流程如下:数据采集:收集不同种类农林作物的图像数据,包括正常生长状态和受灾状态下的图像。
数据预处理:对采集的图像进行预处理,包括图像增强、去噪、分割等操作,以提高图像质量和识别效果。
模型训练:利用深度学习算法对预处理后的图像进行训练,学习作物的特征和形态。
三维模型构建:在训练好的模型基础上,对新的图像进行分类和识别,并根据分类结果生成作物的三维模型。
由PDE建模的生物器官发育过程研究生物器官发育是一个复杂而又神秘的过程,它涉及到细胞的生长和分化、基因的表达和调控、信号传递等诸多方面。
在过去的几十年里,科学家们利用数学建模的方法,尤其是偏微分方程(PDE)建模的方法,来探究生物器官发育过程中的一些关键问题,如细胞命运的决定、形态塑造、血管发生及生物力学因素的作用等。
本文将就这一问题进行深入探讨。
一、细胞命运决定问题在生物的发育过程中,细胞的命运决定将决定它最终成为哪一种细胞类型。
而这一过程涉及到大量的基因调控和信号传递等课题。
在此过程中,数学建模方法成为了一种非常有效的工具。
例如,2016年,Hugo van Oers等人提出了一个名为“Notch-Delta-Jagged”调控机制的PDE模型,通过数学模型的方法解释该机制如何影响细胞的命运。
该模型的结果表明,细胞之间信息传递的非对称性,有助于调节一个细胞成为神经元或其他细胞类型的命运。
这项研究揭示了该机制对器官发育中的神经元生成和类型多样性维持的重要作用。
二、形态塑造问题在生物器官的发育过程中,器官的形态塑造非常重要。
然而,如何理解生物器官形态的塑造过程一直是一个难题。
PDE建模法为我们提供了一种新的解释途径。
例如,某些形态塑造的PDE模型可以预测生物器官结构的发展和变化过程。
在这些模型中,数学家和生物学家可以设定一些方程和化学反应,来模拟器官内部细胞之间的相互作用。
通过模拟器官内部发生的化学过程,研究者们可以发现与该化学反应有关的结构和形态塑造特征,并进一步探究整个器官的形态。
三、血管发生问题除了细胞命运和形态塑造之外,PDE建模法在血管发生问题的研究中也发挥了重要作用。
在生物器官发育过程中,血管的生成和组织是一个非常重要的过程,而该过程的动力学模拟是至关重要的。
例如,2018年提出了一个研究血管影响血管内皮细胞定向迁移的PDE模型。
在该模型中,人们设定一些反应和化学反应式,以便对血管的形成和发展进行描述。
开题报告:动植物组织细胞建模实验研究动植物组织细胞建模实验研究I.前言细胞是生命的基本单位,也是生物学研究领域中的基石。
随着现代科技的不断进步,生物学研究的内容也不断发展,特别是细胞结构和功能的研究更加深入。
在生物学教学中,为了使学生更好地理解和掌握细胞的结构和功能,组织和细胞的建模实验成为必不可少的教学手段。
本篇论文主要探讨如何通过动植物组织细胞的建模实验,提高学生对细胞结构和功能的理解和掌握能力。
II.动植物组织细胞A.动物细胞1.细胞膜细胞膜是由脂质双层组成,其中包含着一些蛋白质和其他分子组成。
细胞膜负责控制物质的进出,维持细胞内外环境的平衡。
2.核膜核膜将细胞核与细胞质分隔开来,同时又保证核内物质的运输和调控。
3.核糖体核糖体是蛋白质和核酸的合成工厂,是细胞内非常重要的生物大分子之一。
4.内质网内质网分为粗面内质网和平滑内质网。
粗面内质网聚集有许多核糖体,负责合成蛋白质;平滑内质网则负责许多其他生物分子的合成。
5.线粒体线粒体是细胞内的"燃烧室'',负责葡萄糖等化合物的分解和能量的释放。
B.植物细胞1.细胞壁细胞壁是植物细胞独有的特征,是由纤维素等有机物质合成的。
2.叶绿体叶绿体是植物细胞的重要器官,负责光合作用,将光能转化为化学能,将二氧化碳和水合成成分子的能量-rich的葡萄糖等有机物。
3.大液泡大液泡是植物细胞独有的特征,负责保存植物细胞所需的水分和小分子物质。
4.细胞质网细胞质网也是植物细胞特有的结构之一,聚集有许多核糖体,负责合成植物细胞所需的生物分子。
11I.组织细胞建模实验细胞建模实验是通过人工合成的材料来模拟细胞的结构和功能。
通过组织和细胞的建模实验,可以更好地展示细胞的结构和功能,并使学生通过实验的方式更好地理解和学习生物学知识。
A.组织细胞建模实验材料准备1.无色透明塑料球2.不干胶3.不同颜色的沙子4.颜色纸制成的小片B.植物细胞建模实验方法1.将无色透明的塑料球分为两半,其中一半用胶纸粘贴成细胞壁的形状,并在内侧涂上绿色的沙子,模拟叶绿体。
2010年第1期福建电脑植物器官精细建模技术研究综述王伟斌(福建省空间信息工程研究中心福建福州350002)【摘要】:本文在虚拟植物器官几何造型技术研究的基础上,对植物体中器官尺度的精细建模技术进行重点研究,依据植物器官的不同特点,以植物体最重要的叶器官和果实器官为例,综述了目前国内外主流的植物器官精细建模方法。
【关键词】:植物器官造型、自由曲线、精细建模1.引言目前,随着虚拟植物理论及技术研究的不断深入,虚拟植物应用领域的不断扩大,虚拟植物逐渐朝着两个重要的趋势发展。
一是朝着大范围、高复杂度的大场景实时绘制方向发展,例如实时绘制复杂度高的森林场景,场景中涉及到的树木种类繁多,形态变化剧烈[1],这对场景实时绘制效率和场景图形的层次细节模型(LOD)显示都有很高的要求[2-3]。
另一个重要趋势就是组成植物体的器官尺度模型,例如植物的茎、叶、果实、花等器官的建立越来越朝着精准度高的方向发展[4-5],即虚拟植物器官建模粒度越来越小,所建器官模型越来越精细,与植物的生理生态过程结合程度越来越高,能够越来越精确模拟植物的真实生理过程。
然而,目前的虚拟植物研究中,涉及器官尺度的建模研究还处于起步阶段,国内外对植物器官进行有精确定义的几何造型及形变的研究还不多见[6]。
因此,本文以植物器官精细建模技术为主要研究对象,针对目前研究力度不够深入的精细器官建模,展开研究。
以期能够减少外业实地测量的工作强度,缩短研究周期,节省人力物力,以实现农林业生产的可持续发展[7-8],为将来制订合理的农林业技术措施,增加作物产量,平衡周年供应,指导整形修剪等提供重要的可视化工具[4-5][7]。
2.主要器官建模关键技术虚拟植物器官几何建模技术大致经历了三个主要的发展过程。
第一个阶段称之为传统的几何建模方法,即使用简单的几何图元模拟植物器官,例如使用棱柱模拟树干,球模拟果实等。
后来为了提高模拟精度,开始使用较为复杂的几何方法,例如多项式拟合、样条曲线、曲面等[9]。
由于植物的生长是动态变化过程,为了能够动态地模拟生长过程,随后开始采用一些面向过程的方法,该方法利用多个产生式或方程抽象地描述模型,从而获得传统方法难以得到的效果,例如分形理论、L系统、自动机理论、粒子系统等,这些理论或算法都被用于复杂的自然现象的模拟。
下文以叶器官和果实器官的精细建模为主,对现有典型的植物器官建模算法进行总结对比。
2.1.叶器官精细建模技术叶包含了重要的植物特征信息。
叶片是植物器官建模中最重要的部分之一,也是提高植物建模视觉效果的重要途径。
在整株木的绘制过程中,叶片的渲染占用的CPU时间常常是最多的[10]。
目前,叶片建模主要有以下几种方法。
(一)基于叶器官图像边缘提取算法的叶重建这种方法的主要思路是将野外拍摄的叶片数字图像或是扫描得到的图像,运用数字图像处理技术进行图像边缘检测、骨架提取、二值化等一系列处理,得到符合要求的图像边缘特征点,然后基于这些特征点,运用Delaunay三角构网进行叶表面重建。
(二)基于实测点结合Delaunay三角网构建叶三维模型这种建模方法的主要思路是:首先通过三维数字化仪获取玉米叶片轮廓和叶脉特征点,然后根据这些特征点采用三次B 样条曲线对叶轮廓线进行拟合,再将拟合后的曲线结合Delau-nay三角网构建方法重建叶片曲面。
(三)基于自由参数曲面的叶形态模拟由于NURBS曲面是计算机图形学中一种性能优良的参数曲面,其既能描述自由型曲线曲面又能精确表示二次曲线弧和二次曲面,操纵灵活、计算稳定且速度快。
因此,基于自由参数曲面的叶形态模拟中,很多研究者利用NURBS曲面来模拟植物叶片的形态及其生长过程。
(四)基于粒子系统的叶建模基于粒子系统的叶片建模方法的基本原理是从叶片根部发射大量含有方向和能量的粒子,这些粒子向着叶片的各个方向扩散,随着时间的推移,系统中的粒子产生和消亡达到动态平衡,系统保留粒子的运动轨迹,进而构造出一个稳定的叶片模型。
(五)基于L系统的叶模拟L系统在模拟具有高度自相似性的植物拓扑结构方面具有巨大优势,由于L系统之父的研究与深入,在模拟具有高度自相似性的叶片及叶脉结构方面同样也显示了其强大的模拟能力。
综上所述可以看出,针对叶片精细模拟的国内外研究较多,相对而言,国外的模拟效果较国内的好。
在形态结构上的精确建模为了对植物的生理生态过程进行深度仿真,需要发展植物器官的功能模型。
其中,叶片的精细建模至关重要,因为叶片是植物进行光合作用的主要器官,为了模拟植物的生长发育过程,必须要构建叶片的三维模型,才能真正实现植物生长过程的三维模拟。
2.2.果实器官的精细建模技术随着虚拟植物研究粒度的不断缩小,植物果实模型的精细建模应运而生,与叶片精细建模相似,果实精细模型也是植物功能模型的重要组成部分。
目前,文献中提到了多种果实三维模型构建算法[6,9-13],按果实模型构建的方式,大致可以归纳为以下几种:(一)基于二维平面轴构建外形轮廓首都师范大学的雷蕾等人以二维平面轴为基准,生成了具有一定半径的果实外形轮廓点集,进而构建出黄瓜果实的几何造型。
(二)基于果实边缘曲线旋转生成果实轮廓江西农业大学的苏洪波等人运用插值Bezier曲线作为果实边缘线,通过按一定步长旋转曲线,模拟了苹果造型,并通过加入表征品种特征的扰动函数来控制果实表面的果棱,以生成不同品种的苹果造型。
(三)基于参数曲面变形生成果实轮廓、基于Blinn算法的三维瓜果造型东华理工大学的陆玲等人提出了一种基于椭球面方程建立果实造型表面,再对椭球表面点的法线方向进行干扰,以产生一个新的果实表面的方法。
(四)基于参数曲面拼接构建果实轮廓重庆大学邓青青等人,通过拼接多个Bezier曲面,实现构建果实表面,模拟了柑橘和苹果。
综合上述各种果实建模方法,其中,基于二维轴的方法在模拟果轴呈三维变化的果实时将受到一定限制;基于参数曲面变形的方法对构建的果实外形的控制不够灵活;而基于参数曲面242010年第1期福建电脑(上接第22页)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!师有一桶水并不是给学生一杯水,而是设法使学生有一缸水。
俗话说的好:施之以鱼,不如授之以渔。
给人金子,不如授人以点金之术。
一个老师不能满足于给学生一杯水,而是应该设法使学生有一缸水。
这就要求教师提高自己的教学水平,讲究教学的艺术性。
"问渠哪得清如许,为有源头活水来"。
"源头"从哪里来,这是每位教师应该深思的问题。
要给学生一杯水,自己要有一桶水,甚至是长流水[3]。
厚积才能薄发,只有以丰富的知识为后盾,才能处理好一杯水与一桶水的关系。
为了获得一桶水甚至是长流水,作为计算机专业的教师,自己不光要不断积累,不断研究,还要加强动手实践能力,加强对最新技术的把握,必须关注企业最新需求,甚至到相关就业单位、软件企业顶岗实习。
5、重新组织课程,由原来的学科体系为中心的课程体系改革为基于工作过程导向的课程体系。
在构建课程体系时弱化对学科体系的体现,强化针对岗位任务能力体系的体现。
打破过去按学科体系组织课程而形成的课程体系,采用按知识和技能单元组织课程。
这样改革以后国内几乎没有现成的教材,所以,教师要从课程群和岗位技能的视角,按知识单元和技能单元重新组织课程,投入一定的人力和财力,进行教材及教学案例建设,逐渐建立起具有特色的教材体系。
在进行案例库建设时应注意:(一)案例经过学生的讨论后,教师应该及时做出讲评,并再次讲授案例分析中所需要用到的理论知识和技能。
在课后作业中,根据教材重点、难点和学生中存在的疑难问题,精心设计案例练习题,巩固所学知识,提高学生分析问题和处理问题能力,最终达到提高教学效果的目的,实现教学目标。
(二)案例教学法在课时上要有充足的时间,要进行统筹安排,保证案例讨论充分有效,避免仓促收场,影响教学效果[4]。
(三)案例教学应该与其所对应的理论知识有直接的联系,即案例教学要建立在一定的理论基础之上。
因此,案例教学法与其它教学方法应该并存使用,并各有侧重,相互促进,促使学生在系统掌握知识、技能的同时,注意启发学生的学习主动性和自觉性。
案例教学法是推进素质教育,培养教育职业化人才的重要途径。
通过案例教学和其他教学手段的合理结合,学生对专业课程厌学局面明显改善,学生学习的兴趣和自主能动性明显提高,学生的组织和协调能力得到了锻炼,极大地影响到计算机专业学生的实践教学、就业教育等环节。
参考文献:[1]际建平,潘李宜基.数据库选材与教学策略[J].肇庆学院学报,2005,26(2):58-60.[2]林大辉,黄世国,翁宜慧,等.案例教学法在数据库原理课程教学中的运用[J].福建电脑,2007,9:26-27.[3]贾丹.案例教学法在数据库系统概论中的应用[J].渤海大学学报(自然科学版),2006,27(2):172-175.[4]张萍.多媒体数据库在教学案例管理系统中的应用研究[D].北京:首都师范大学,2005.拼接构建果实轮廓的算法无法实现曲面的光滑无缝拼接,易使表面缝隙断裂等情况。
3.结语长期以来,采用计算机对自然界中形态各异的植物进行模拟常常困难重重,究其原因主要在于植物的形态变化丰富、生长发育机理复杂,即使同一种类的植物由于环境因素的影响,也会呈现出形态多样性和随机性。
因此无法用简单统一的模型对其进行仿真,即便进行模拟,也必须处理大量的形态参数和生长发育参数,模拟难度可想而知。
但近年来随着计算机软硬件和计算机图形学的飞速发展,硬件处理海量数据的能力大大提高,虚拟植物研究者建立了大量的模型来模拟植物的生长、发育、死亡等生命过程。
目前,随着虚拟植物研究的深入发展,虚拟植物建模呈现两个主要的发展趋势:一是朝着范围大、复杂度高的场景实时绘制方向发展;另一个重要趋势是对构建的虚拟植物模型要求越来越精细,研究粒度越来越小,逐渐深入到植物器官尺度,如何构建精细的器官模型以及如何将精细的器官表达在三维场景中是虚拟植物器官尺度建模和可视化研究的重要内容。
本文在此需求背景下,以目前国内外现有植物器官精细建模技术--叶器官和果实器官的建模技术为研究内容,着重总结了植物器官精细建模的主流方式,以期对虚拟植物器官建模技术有一定的了解。
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