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| 1 | 不同氮吸收效率玉米品种的根系构型差异比较:模拟与应用显示文摘【目的】研究玉米根系构型及其在土壤中的空间分布与氮吸收效率的关系,并通过根系功能-结构模型将根系构型可视化。【方法】以玉米自交系氮高效478与氮低效Wu312为材料,在田间试验的基础上,通过对种子根和不同轮次节根扫描,并以实测根长结果为参数,在改进的根系功能-结构模型的基础上对根系形态进行模拟。【结果】氮高效自交系478的种子根和每一轮节根长度、根系形态,以及根系在土壤空间中的分布都优于氮低效自交系Wu312。从模拟的角度可以看出,478根系具有较大的生长速率和分支密度。对不同轮次节根的发生、生长和衰老规律研究表明,第1~3层节根仅占总根长的很小部分,其根长分别在播种后35、57和76d左右达到最大值,随后开始衰老;第4层以后的节根发生时间集中,与植株进入快速生长期、吸氮速率迅速增加密切相关。第4层以后节根的根长均在播种后93d左右达到最大值,随后开始迅速衰老。【结论】玉米根系形态及其在土壤中的时空分布差异是造成氮素吸收效率差异的重要因素。以根系长度为参数,可以利用根系功能-结构模型实现不同生长发育阶段的玉米根系构型差异的可视化。 | 彭云峰 张吴平 李春俭 | 2009 | 中国农业科学2009，42，3： | 42 |
| 2 | 数字植物研究进展:植物形态结构三维数字化显示文摘数字植物围绕农林植物生命、生产和生态系统的多维信息高效感知和认知的理论、技术和方法,通过多学科交叉合作,研究农林植物-环境3D数字化、高通量信息获取、情景感知、信息融合、结构和功能模拟、数字化设计和精准管理决策等数字农业的关键性、基础性以及共性理论和技术问题。植物形态结构的三维数字化是数字植物研究的重要组成部分,近年来很多学者从植物组织、器官、植株和群体等不同尺度,或者从植物根系和地上部等不同视角,围绕植物形态结构的参数测量、几何结构解析、三维模型构建、结构与功能建模,以及三维植物模型真实感展现等需要,开展了更深入的研究。在组织尺度方面,随着MRI、CT、显微成像等技术产品的不断成熟,使得利用这些先进测量仪器获取和测量植物组织内部结构数据成为可能,并被越来越多的研究者采用,成为进行植物内部形态结构测量和分析的有效手段。在植物根系的三维数字化方面,由于植物的根普遍生长在土壤里,观察和测量十分困难。虽然近年来XCT、MRI等穿透射线成像技术已越来越多地用于根系的形态结构探测,但这类技术往往仅能获取范围较小的根系局部数据,且价格昂贵。因此植物根系形态结构的准确、无损(原位)、快速测量仍然是一个挑战。在群体尺度方面,基于实测数据的三维重建逐渐成为植物群体三维重建的主要途径,研究者正试图从激光三维扫描仪获取的植物群体三维点云中提取群体的形态参数并实现群体的三维重构。而在三维植物模型的真实感绘制方面,如何准确地测量各种植物器官的光学特性并建立相应的数学模型是当前的研究重点,虽然已有不少研究者提出了相应的解决方案,但这些方法在便捷性和普适性方面仍然难以令人满意,有待更多深入研究。笔者最后结合相关领域的技术进展对数字植物的进一步研究进行了展望。 | 赵春江 陆声链 郭新宇 杜建军 温维亮 苗腾 | 2015 | 中国农业科学2015，48，17： | 49 |
| 3 | 基于形态参数的水稻根系三维建模及可视化显示文摘构建基于形态特征参数的水稻根系几何模型,实现不同生长条件下水稻根系生长动态的三维可视化。本文通过分析水稻根尖生长随生育进程的变化模式,构建了水稻单根三维显示模型,包括根节点初始位置和生长方向的确定以及根轴的空间模拟等;进一步结合水稻根系拓扑结构,以生长度日(GDD)为驱动因子,建立了水稻根系三维重构模型,包括不定根初始发生时间和位置、不定根初始伸展角度、不定根伸长速率、不定根空间分布模型等;然后在Visual C++环境下,结合可视化显示模块、场景控制模块、人机交互界面和数据库模块等,研制了水稻根系三维可视化生长系统,并基于三维可视化生长系统模拟了不同条件下水稻根系的三维形态。研究结果为建立完整水稻植株可视化生长系统奠定了基础,同时也有助于为其他作物根系的可视化研究提供参考。 | 徐其军 汤亮 顾东祥 姜海燕 曹卫星 朱艳 | 2010 | 农业工程学报2010，26，10： | 29 |
| 4 | 基于交互式骨架模型的玉米根系三维可视化研究显示文摘植物根系可视化交互设计对于提高虚拟植物生长研究整体水平意义重大。该文提出一种植物根系逐部位交互式精确设计方法,并在玉米根系建模中予以应用。通过分析玉米根系结构特征并建立其拓扑结构,采用交互式骨架模型确定其整体结构,设计密度函数确定分支数量和分布,利用模板技术衍生相似部位,利用带参数随机L系统产生一级侧根及根毛,对玉米根系各组成部位逐个精确建模,然后拼接形成完整的玉米根系。本系统综合可视化设计多种方法,交互性、真实感都比较好,既可展现玉米根系各组成部分细微特征,又可表现玉米根系整体特征。本系统研究和设计方法具有一定通用性,对其它可用轴线表示其拓扑结构的相似植物可视化建模也有一定借鉴意义。 | 赵春江 王功明 郭新宇 陈立平 王纪华 | 2007 | 农业工程学报2007，23，9： | 25 |
| 5 | 作物根系构型三维探测与重建方法研究进展显示文摘根系是作物获取水分和养分的重要器官,由于土壤的观测阻碍,根系三维形态的认知与表达成为作物根系深入研究的瓶颈。三维数字化、可视化是研究和认知作物形态结构的重要方法,研究具有表征根系长相长势及土壤中水分、养分等物质对作物根系构型的影响具有重要意义。本文从三维角度,综述了近年来作物根系构型探测手段、三维重构与可视化方面的研究进展。首先从破坏性探测与原位探测两方面介绍了近年来根系构型三维探测的方法。破坏性探测主要包括直接挖掘法、土块保护挖掘清洗法和平板扫描图像分析法,破坏性探测方法在获取全局或局部根系拓扑结构与平面几何构型参数方面具有较大优势;原位探测方法主要包括土壤中安置观察装置法、地面穿透雷达法、特殊培养环境法、CCD相机法、三维数字化方法及穿透射线成像法等,作物根系的原位探测保持了根系构型的空间分布信息,但大部分方法仅能针对作物生长初期或可控生长环境下的作物根系开展数据获取。由于作物根系探测数据大多以局部二维图像形式存在,文章综述了基于二维图像的作物根系平面几何构型解析的相关内容,包括基于二维图像的根系识别与参数提取的算法与相关软件。分析表明,目前作物根系数据获取仍存在:(1)数据获取费时费力;(2)方法局限性大;(3)数据完整性低;(4)各种方法所获取数据融合应用度低等问题。在根系探测的基础上,从三维建模与生长建模两方面介绍了作物根系三维建模与可视化方面的相关工作。其中,根系三维建模包括了基于模拟算法的几何建模和基于原位探测的三维重建两部分,基于模拟算法的几何建模是在人们对作物根系认识的基础上,结合计算机模拟算法,构建与实际根系具有形态相似性的根系三维几何模型;与之相比,基于原位探测的三维重建更能真实地反映作物根系的实际形态,其主要包括XCT、三维数字化等方法。最后,文章展望了数据缺失条件下的作物根系三维重建研究,认为在目前技术手段前提下,已可实现根系拓扑结构三维解析,但根系的空间分布重建难度较大,尤其是在大田环境下作物根系原位测量的前提下;此外,目前作物根系三维数据主要存在着数据缺失、各种数据各为己用等问题,认为有必要将小子样理论与数据融合相关方法引入到作物根系三维重建研究,实现缺失数据条件下有效利用多种数据获取手段的作物根系三维重建。 | 温维亮 郭新宇 赵春江 王传宇 肖伯祥 | 2015 | 中国农业科学2015，48，3： | 24 |
| 6 | 西瓜三维形态几何建模和真实感绘制技术研究显示文摘【目的】实现西瓜形态的数字化设计和生长的可视化模拟。【方法】提出一种基于B样条曲线的西瓜器官几何造型方法,并利用位置信息和茸毛生成技术描述器官的局部细节特征;依据西瓜器官的主要形态特征,提取器官几何模型的主控参数,参数具有较明确的农学意义,结合模板技术实现西瓜主要器官和植株三维形态结构的交互式设计;同时也可以根据西瓜植株拓扑结构发展规律,通过动态驱动参数化器官几何模型的方法实现植株生长的可视化模拟。【结果】本文提出的西瓜器官三维形态建模和植株结构交互式生成方法易于与农业知识结合,所重构的形态模型具有较好的真实感效果。【结论】文章提出的方法具有较好的普适性,为瓜果类作物三维形态的交互设计和形态模拟提供了实用的方法和手段。 | 赵春江 陆声链 郭新宇 李长锋 杨月英 | 2008 | 中国农业科学2008，41，12： | 22 |
| 7 | 果树剪枝机械化及自动化研究进展显示文摘整枝修剪是果园生产中最为耗时耗力的作业环节,整枝修剪对水果生产具有重要意义。随着现代果园种植规模扩大,技术工短缺、成本增加等问题突出。果树枝干复杂性、剪枝技术性和不可逆性等问题导致剪枝机械发展缓慢,成为限制水果生产重要因素之一。文章阐述目前国内外果园剪枝机械分类,相关机械结构、工作原理和剪枝效果,重点介绍新兴虚拟剪枝技术,论述其发展现状和相关技术,对剪枝机械发展趋势提出展望。 | 李守根 康峰 李文彬 周三章 韩雪梅 | 2017 | 东北农业大学学报2017，48，8： | 21 |
| 8 | 小麦麦穗几何模型构建与可视化显示文摘作物器官几何建模是虚拟作物研究的关键技术之一。通过对小麦穗形态结构的观测分析,提出基于形态特征参数的麦穗几何模型及可视化实现方法。在已有麦穗形态模拟模型的基础上,结合麦穗拓扑结构,构建麦穗形态结构几何模型,包括穗轴、小穗(外麸、麦芒、花药等)、麦穗穗形等子模型。其中,穗轴节片使用底面为椭圆的圆柱体进行模拟,节片交错叠加构成穗轴。基于外麸曲面半径变化曲线,以三角面片构造近似半椭球体来模拟外麸;基于麦芒曲线,以三角面片重构横截面近似为等边三角形的麦芒;用非统一有理B样条曲面模拟开花期小花顶端的花药;采用分层模型控制麦穗穗形。然后根据麦穗拓扑结构组合以上各器官,即可构建出麦穗几何模型。进一步结合颜色渲染、纹理映射、光照渲染等真实感显示技术,基于.Net平台,借助CSOpenGL,实现麦穗生长动态的可视化。结果表明,重构出的麦穗具有一定的真实感,能够用于不同品种、不同处理条件下麦穗生长动态的可视化表达。研究结果将有助于实现小麦植株生长动态的数字化、可视化。 | 雷晓俊 汤亮 张永会 姜海燕 曹卫星 朱艳 | 2011 | 农业工程学报2011，27，3： | 18 |
| 9 | 虚拟植物模型及其构建方法研究综述显示文摘针对近年来有关虚拟植物技术研究的发展状况进行了综述,并对虚拟植物模型进行了分类;通过介绍和总结虚拟植物模型的常见构建方法,对目前一些典型的虚拟植物模型构建方法进行了系统的分析和评论,并指出了现有虚拟植物模型构建中的不足之处;最后展望了该领域的进一步研究方向。 | 唐卫东 李金忠 刘昌鑫 胡雪华 李萍萍 卢章平 | 2012 | 计算机应用研究2012，29，9： | 16 |
| 10 | 作物生长模拟模型研究综述显示文摘阐述了作物生长模拟模型的概念及其意义、国内外研究进展、存在的问题和发展趋势。国内外作物模拟模型的研究主要以水稻、小麦和玉米作物模拟模型研究为主,近几年也出现了对其他作物模拟模型的研究,如大豆、棉花、烟草、马铃薯、苜蓿以及一些园艺作物。在分析已有作物生长模拟模型研究存在问题的基础上,提出了作物生长模拟模型研究的发展趋势。 | 马波 田军仓 | 2010 | 节水灌溉2010，，2： | 15 |
| 11 | 小麦根系三维形态建模及可视化显示文摘作物三维形态建模和可视化技术是数字植物研究的重要组成部分,本文旨在构建基于形态特征参数的小麦根系三维形态模型,并实现小麦根系生长的可视化.基于小麦根系生长的可视化技术框架,首先构建了小麦根轴的三维显示模型,包括根轴生长模型、分枝几何模型和根轴曲线模型;然后结合根系拓扑结构,确定相应的图元,利用根系形态模型输出的形态特征参数,对整个小麦根系进行三维重构;最后基于OpenGL图形平台,综合纹理映射、光照渲染、碰撞检测等真实感处理手段,实现了小麦根系生长的三维可视化表达.结果表明:模型输出的根系真实感较强,能较好地实现不同品种、水分和氮素条件下小麦根系的三维可视化表达.研究结果为进一步建立完整的可视化小麦生长系统奠定了技术基础. | 谈峰 汤亮 胡军成 姜海燕 曹卫星 朱艳 | 2011 | 应用生态学报2011，22，1： | 15 |
| 12 | 褐环乳牛肝菌对马尾松幼苗根系构型的影响显示文摘为探索外生菌根对植物幼苗根系构型的影响,选用褐环乳牛肝菌Sl12、Sl13接种马尾松幼苗,采用根系图像扫描分析等方法,研究了苗高、地径、根系生物量和根系构型等指标变化。结果表明:接种Sl12、Sl13与CK相比,苗高、地径和根系生物量分别极显著增加了28.9%、20.17%、63.98%和42.8%、37.82%、134.41%;根系总长度、表面积、体积和根尖数目、根冠比显著增加,比根长减少;拓扑指数差异不显著,分形维数极显著增长;2种褐环乳牛肝菌均显著促进了苗木生物量和根系生长,尤以Sl13促生效果更佳。说明褐环乳牛肝菌扩展了根系分布范围,但未改变马尾松幼苗根系分支策略。 | 翟帅帅 丁贵杰 王艺 罗晓蔓 李敏 | 2015 | 森林与环境学报2015，35，3： | 15 |
| 13 | 基于Pro/E的土壤结构与小麦幼苗期根系关系模拟与分析显示文摘【目的】探讨一种不仅可以对作物根系进行3D重构的技术手段,而且实现对根系及土壤结构各指标以及二者相互关系的计算方法,从而为根土系统的研究提供一种通用且兼备造型和计算分析功能的技术路径。【方法】运用Pro/E软件的造型功能对实测小麦根系的空间坐标数据进行3D重构,计算表征小麦根系与土壤结构关系的指标,进而使用这些指标分析比较旋耕和免耕两种耕作处理下的根土关系动态变化。【结果】在各监测期内免耕处理的小麦根系总长大于旋耕处理,不过在播后的28d之内免耕处理的根系水平夹角显著高于旋耕处理,这一关系又在播后42—70d消失。免耕的根系主轴扩展土体体积总大于旋耕,而且二者的包络土体体积和单位根系长度有效土体体积也具有同样的特征。在小麦生长的前56d内包络土体体积和单位根系长度的有效土体体积呈现增长的趋势,而在56—70d这两个参数值急剧下降。【结论】Pro/E开发平台能够提供丰富的3D根土系统造型及计算分析功能。根系水平夹角、根系主轴扩展土体体积、根系包络土体体积、单位根系长度有效土体体积是表征根土关系的描述指标。运用这些指标可以对耕作引起的土壤结构状态,以及耕后土壤结构与小麦根系关系的动力学演变过程进行跟踪和定量。 | 韩秋萍 丁启朔 潘根兴 丁为民 周裕辉 | 2010 | 中国农业科学2010，43，22： | 12 |
| 14 | 小麦作物模型研究进展显示文摘作物模型是农业模型的重要内容,主要分为作物生长模型和作物形态结构模型以及作物结构功能模型。本文从小麦生长模型和小麦结构功能模型及可视化两方面,较系统综述了国内外具有代表性的生长模型和小麦地上部与根系的形态模拟及可视化的研究进展。在小麦生长模型方面,对美国的CERES-Wheat模型、荷兰的作物模型、澳大利亚的APSIM-Wheat模型和中国的WCSODS四种小麦生长模型进行了概述,并对小麦生长模型的发展趋势进行了探讨。在小麦结构功能模型方面,根据研究器官的不同对根系、茎杆、叶和麦穗的形态结构模型与可视化的研究进展进行了综述。最后,对小麦作物模型存在的问题及发展前景进行了总结。 | 张红英 李世娟 诸叶平 刘海龙 李书钦 刘丹 | 2017 | 中国农业科技导报2017，19，1： | 12 |
| 15 | 小麦根系长度的估算方法与参数分析显示文摘构建小麦根系伸长过程的动态模型,并对模型参数进行定量分析,可为植株形态建成模拟和可视化显示提供关键技术。根据根系生长发育的基本结构单元,利用根系与地上部叶片生长之间的同伸关系,以生长度日为时间尺度,建立了小麦初生根、节根与分枝根发生过程的模型;通过计算不同类型根系的生理年龄,建立了不同类型根系发育阶段预测模型;以线性方程为基础,建立了不同类型根的伸长过程模型,并实现了对总根长变化过程的动态模拟。利用独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果显示模型对小麦总根长和主轴数量的模拟值与观测值的均方根差分别为370.68cm和1.27个,相对误差分别为0.27和0.16;对模型参数的灵敏性分析表明,模拟结果对参数变化的响应比较适中,可以较好地反映小麦根系长度和拓扑结构的动态变化过程。 | 胡军成 汤亮 刘小军 曹卫星 朱艳 | 2011 | 农业工程学报2011，27，10： | 12 |
| 16 | 结构与功能反馈机制下根系生长向性模拟显示文摘借助于根系生长发育的功能-结构模型,模拟了根系生长的向地性、向水性与向肥性。研究中采用Voxel体元对根系生长的土壤区域进行离散化,并设定各Voxel元8个顶点的土壤含水量、养分浓度;采用根系功能-结构模型描述了不同生长周期下根系在三维土壤空间的生长;采用空间碰撞检测技术,确定各根元所占据的Voxel元,并以根元中点坐标与其所占据的Voxel元的各顶点距离倒数作为权重,计算根元生长区域的土壤平均含水量与养分浓度;利用三基点阻力法,计算得到土壤含水量、养分浓度对根元库强的校正系数,重新计算当前周期下根系可利用的生物量在组成根系的各根元中的分配,并调整根元的生长方向。最后,在设定的不同土壤含水量与土壤养分分布情景下,模拟了根系的空间生长与分布。模拟结果显示借助根系的功能-结构模型,在特定的情景下,能够模拟根系生长过程中的向地性、向水性与向肥性。根系在空间生长是一个复杂的过程,在特定的条件下,能够通过一定的农业措施,如灌溉、施肥,改变其空间生长与分布,使得作物高效地利用土壤水分、养分资源,从而实现可持续发展的生态农业。 | 张吴平 刘建宁 李保国 | 2009 | 农业工程学报2009，25，S2： | 11 |
| 17 | 基于L系统的水稻根系模型构建及可视化研究显示文摘为了明确水稻根系在土壤中的空间分布特性,应用'根箱法'试验,获取水稻根系形态参数。根据水稻根系的形态结构与生长过程,基于逻辑斯谛方程提取水稻根系生长规则,依据水稻根系形态结构具有自相似性特点,结合B-样条曲线,设计了水稻根系L-系统,并采用Visual C++和Open GL标准图形库,实现了水稻根系的重构以及可视化模拟。研究结果表明该系统对水稻根系形态结构动态生长具有较好的仿真效果,同时也有助于为其他作物根系的可视化研究提供参考。 | 杨乐 | 2017 | 科技通报2017，33，5： | 8 |
| 18 | 水稻根系空间分布特性的三维建模及可视化研究显示文摘为明确水稻根系在土壤中的空间分布特性,应用'根箱法'进行试验,获取水稻根系坐标数据,分析根系生长随水稻生育进程的变化规律,采用植物模拟技术,建立了水稻根系三维形态模型,包括根节点初始位置的确定、根节点生长方向的确定、不定根位置的确定、不定根生长方向的确定等。根据水稻根系几何形态参数,采用Visual C++及Open GL标准图形库,对水稻根系的三维形态结构进行重构,使系统生成更加逼真的水稻根系图像。结果表明该模型对水稻根系形态结构动态生长具有较好的预测效果,同时也可为其他作物根系的可视化研究提供参考。 | 杨乐 唐建军 何火娇 | 2016 | 江西农业大学学报2016，38，3： | 7 |
| 19 | 烟草地上部植株三维重构与可视化显示文摘【目的】实现烟草的数字化与可视化。【方法】本文采用模板技术对烟草植株进行三维重构,首先通过三维数字化仪对烟草器官进行测量和形态特征提取,然后基于形态结构特征分别建立了烟草叶片、花朵、果实和茎节等器官的参数化几何模型,保存为模板文件,最后调用相应的模板文件,结合图形变换方法拼接成完整植株几何模型。【结果】利用本文方法可方便构造烟草各主要时期的三维模型。【结论】所建立的烟草植株几何模型具有较高的真实感,为其三维形态交互设计和可视化模拟提供了技术支撑。 | 王芸芸 温维亮 郭新宇 赵国辉 陆声链 肖伯祥 | 2013 | 中国农业科学2013，46，1： | 7 |
| 20 | 稻茬麦根系构型可视化与三向分型维研究显示文摘提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分形丰度。结果表明,该方法可以真实反映出田间稻茬麦根系构型的动态变化状况,而根系分形维数与分形丰度随时间逐步递增,正视图面的分形维数和分形丰度总大于左视图面。从播后第98天开始,俯视图面的根系构型分形维数与分形丰度出现突增。在3个投影面上稻茬麦根系的分形维数与分形丰度都高度相关,二者与根总长也存在一定的相关关系。 | 陈信信 丁启朔 李毅念 丁为民 田永超 | 2015 | 农业机械学报2015，46，3： | 5 |
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