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扦插植物地下组织构型建模与仿真

作　者: 林文如
导　师: 戈振扬
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 扦插地下组织构型插条茎不定芽愈伤组织不定根模拟可视化
分类号: S126
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本研究属于虚拟植物的研究范畴,探讨针对扦插繁殖植物地下部分的建模与仿真扦插是植物的一种无性繁殖技术,具有生长较快、开花时间较早、能保持母本特性等优点。按选取植物器官的不同,扦插方式有枝插、根插、芽插和叶插等,其中枝插方式最容易掌握并被广泛使用。本研究定位在枝插这种方式。从与生根的关联性来看,扦插植物的地下组织一般有：插条茎、不定芽、愈伤组织、根等主要部分,其生长过程具有独特性：插条茎的切口形成愈伤组织并伴随着基部肿大,然后从不定芽、插条茎皮部、愈伤组织长出不定根,不定根的生根时机及位置均不固定,拓扑结构也不规则。现有的植物根系模拟模型不能模拟这一生长特征,也未见相关研究报告,因此,研究扦插植物的地下组织生长的模拟模型,具有一定的学术价值,对研究扦插育苗的生根率、成活率、不定根数量及长度、侧根数量及长度等具有重要的指导意义。本文研究首先选取有代表性的植物进行扦插实验,在扦插实验的基础上,观测扦插植物地下组织的形态特征及变化,确定对其地下组织各部分进行定量定性分析所需的参数及使用的方法。其次,从构型建模的角度出发,提出了用分形轴向树表示扦插植物地下组织的拓扑结构,并用空间四叉树及双向链表的数据结构存储并表示其空间几何结构。在此基础上,结合扦插植物地下组织的生长特点,构建其生长机模型、可视化模型及数据统计模型。再次,基于所建立的模型,以Visual C++和Direct 3D图形接口作为开发工具,开发了一个扦插植物地下组织动态生长的模拟系统,系统输入的是扦插植物地下组织几何构型参数及生长参数,输出的是三维可视化图形及数值模拟结果。最后,着重介绍了蔷薇、迎春花、柳树、菊花四种典型的园林花卉植物,阐述了扦插实验及地下组织构型参数获取实验的材料与方法,获得相关的观测及统计数据,并将这些数据输入到模拟系统中,得到了三维仿真图形及数值模拟结果。模拟仿真的结果表明：(1)三维仿真图形与实际四种扦插植物地下组织生长的形态特征相似；(2)能真实再现扦插过程的相关特点,系统可形象地模拟插条茎基部肿大、愈伤组织形成、不定根生根等现象；(3)用同一种构型参数进行10次模拟,对模拟值求平均值,并求取模拟值与实测值之间的相对误差,结果显示,两者间的相对误差较小,最大误差为9.09%,最小误差为2.55%,误差均值为6.71%,表明仿真具有一定的精度。结论：本模拟模型可适用木本植物和草本植物的扦插模拟,因此,本模拟模型具有较高的通用性,是实用有效的。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-27
  1.1 本课题的来源  11
  1.2 本课题研究的目的和意义  11-12
  1.3 扦插繁殖概述  12-15
    1.3.1 扦插繁殖的分类  13-14
    1.3.2 扦插繁殖的研究内容  14-15
  1.4 扦插植物地下组织生长的模拟仿真框架体系  15-16
  1.5 扦插繁殖的国内外研究状况  16-24
    1.5.1 提高插条成活率的技术措施方面  16-18
    1.5.2 插条生根机理方面  18-23
    1.5.3 插条生根及根系生长的计算机模拟方面  23-24
  1.6 论文主要研究的内容及技术路线  24-26
    1.6.1 研究内容  24-25
    1.6.2 技术路线  25-26
  1.7 本章小结  26-27
第二章扦插植物地下组织的形态特征及定性定量分析方法  27-33
  2.1 扦插植物地下组织的形态特征  27-29
    2.1.1 插条茎的形态特征  27-28
    2.1.2 不定芽的形态特征  28
    2.1.3 愈伤组织的形态特征  28
    2.1.4 根的形态特征  28-29
  2.2 扦插植物地下组织的定性定量分析方法  29-31
    2.2.1 插条茎的定性定量分析方法  29-30
    2.2.2 不定芽的定性定量分析方法  30
    2.2.3 愈伤组织的定性定量分析方法  30
    2.2.4 根的定性定量分析方法  30-31
  2.3 本章小结  31-33
第三章扦插植物地下组织的模拟模型  33-49
  3.1 扦插植物地下组织的构型  33-36
    3.1.1 构型的基本概念  33
    3.1.2 扦插植物地下组织的几何构型  33-36
  3.2 扦插植物地下组织的生长机模型  36-44
    3.2.1 插条茎的生长模型  36-38
    3.2.2 不定芽的生长模型  38
    3.2.3 愈伤组织的生长模型  38-39
    3.2.4 根的生长模型  39-44
  3.3 扦插植物地下组织的可视化模型  44-46
    3.3.1 插条茎的可视化模型  44
    3.3.2 不定芽的可视化模型  44-45
    3.3.3 愈伤组织的可视化模型  45
    3.3.4 根的可视化模型  45-46
  3.4 扦插植物地下组织模拟的数据统计模型  46-47
  3.5 本章小结  47-49
第四章扦插植物地下组织模拟系统的程序设计  49-79
  4.1 DIRECT3D简介  49-51
    4.1.1 选用Direct3D的原由  49-50
    4.1.2 Direct 3D开发环境配置  50-51
  4.2 DIRECT3D数学及编程基础  51-59
    4.2.1 三维坐标系、点、矢量  51
    4.2.2 三角形、平面法线、顶点法线  51-53
    4.2.3 Direct3D设备支持的图元格式  53-54
    4.2.4 坐标变换  54-56
    4.2.5 光照与材质  56
    4.2.6 纹理  56-57
    4.2.7 Mesh模型  57-58
    4.2.8 显示文本  58
    4.2.9 渲染  58-59
  4.3 系统的界面设计及总体框图  59-61
  4.4 系统的程序框架  61-64
    4.4.1 数据结构设计  61-63
    4.4.2 视图类设计  63-64
  4.5 扦插植物地下组织生长机的程序设计  64-69
    4.5.1 创建插条茎及不定芽  66-67
    4.5.2 愈伤组织生长  67
    4.5.3 轴生长  67-68
    4.5.4 生根  68-69
  4.6 扦插植物地下组织可视化的程序设计  69-77
    4.6.1 设置全局渲染状态  70-71
    4.6.2 设置变换矩阵  71-72
    4.6.3 设置材质与光照  72
    4.6.4 渲染轴向树系统  72-75
    4.6.5 实时输出模拟数据  75
    4.6.6 摄像机系统  75-77
  4.7 本章小结  77-79
第五章实验结果与讨论  79-97
  5.1 扦插对象简介  79-81
    5.1.1 蔷薇  79
    5.1.2 迎春花  79-80
    5.1.3 柳树  80
    5.1.4 菊花  80-81
  5.2 材料与方法  81-83
    5.2.1 扦插实验的材料与方法  81-82
    5.2.2 地下组织构型参数获取实验的材料与方法  82-83
  5.3 结果与讨论  83-94
    5.3.1 观察结果  83-86
    5.3.2 测量结果  86-90
    5.3.3 仿真结果  90-92
    5.3.4 模型验证  92-94
  5.4 结论  94-95
  5.5 本章小结  95-97
第六章总结与展望  97-99
  6.1 论文主要研究成果  97
  6.2 存在的不足及后续研究展望  97-99
致谢  99-101
参考文献  101-107
附录A:本人在攻读硕士学位期间的科研情况  107-109
附录B:扦插试验附图  109-113
附录C:部分程序代码  113-114

扦插植物地下组织构型建模与仿真

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