水稻稻穗三维形态交互设计及可视化仿真研究
水稻生长可视化模拟系统的设计与实现
第 ｌ 期
丁 维 龙 ， ： 稻 生 长 可 视 化 模 拟 系统 的设 计 与 实 现 等 水
某种 作 物 的可视 化仿 真软 件却 未见 文献 报 道． 因此 ， 以水 稻为 例 ， 研究 了水 稻 拓 扑结 构 及 其 生 长 过 程 的
可视 化建 模方 法 ， 在此 基础 上 ， 开发 了交 互式 的水 稻 植 株形 态设 计 系统 ， 现 了水 稻 植 株 形 态 及 其 生 长 实
Ｖｉ ｕ ｌ ｌｎｓ ＴｒｅＰ ｏｅｓ ｎ ｌ ， ｒ ａ Ｐａｔ 及 ｔ ｅ ｒ ｆｓｉ ａ 等 但专 门针 对 ｏ
花 Ⅲ 、 米 引、 梁 、 玉 一 高 西瓜 ［ 小 麦 等 作 物 的器 引、 。
收 稿 日期 ：０ ０Ｉ－８ ２ １一Ｉ１
基金 项 目 ： 国家 ８ ３计 划基 金 资 助 项 目（ ０ ７ ６ ２ ０ ＡＡ１ Ｚ ２ ） ０ ２ ９ 作者 简 介 ： 维 龙 （ ９ ５ ）男 ， 徽 萧 县 人 ， 教 授 ， 士 ， 究 方 向为 虚 拟 植 物 建 模 和智 能系 统 ， — ｉ： ｄｎ ＠ ｚ ｔｅ ｕｃ ． 丁 １ ７一 ， 安 副 博 研 Ｅ ｍａｌｗｌｉｇ ｊ ．ｄ ．ａ ｕ
了 系统设 计 与 实现 过程 中涉及 的 关键 技 术 ， 并给 出 了系统的界 面 以及 实现 的 一些典 型效 果 图． 关 键词 ： 虚拟 作物 ； 可视化 ； 稻 生长建模 ； 水 参数 化 Ｌ 系统 ； 自动机模 型
中图分 类号 ： Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９
文献 标 志码 ： Ａ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｖ ｒ ｕ ｌｃ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｉｔ ａ ｒ ｐ；ｖ ｓ ｌｚ ｔｏ ｉｕａｉａ ｉ ｎ；ｒｃ ｒ ｗｔ ｄｅｉ ｉｅ ｇ ｏ ｈ ｍｏ ｌ ｎｇ；ｐ ｒ ｍｅ ｒｃ Ｌ： ｙｓ ｅ ；ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｎ ａ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｍ ｕ ｏ ｔｏ ｍ０ｄ １ ｅ
水稻叶片三维建模与叶色渲染
水稻叶片三维建模与叶色渲染汪丽萍;何火娇;杨红云【摘要】提出一种简单的水稻叶片三维建模与可视化方法.通过输入一张二维水稻叶片图像,提取叶片的基本轮廓,创建样条曲线并计算这些样条曲线的交点,然后将这些样条曲线相互连接构建水稻叶片分支脉络,从而建立叶片三维网格模型.利用纹理映射技术,将真实水稻叶片灰度纹理图像作为模型材质贴图,得到富含材质信息的叶片模型,结合前期建立的水稻叶色R、G、B三通道与SPAD的关系模型,实现了水稻叶色的实时渲染,得到的结果真实感强.%In this paper, a method to model rice leaves is proposed. The silhouette of the leaf is defined by inputting a grayscale which is converted from a scanned rice leaf image. By creating many spline curves and calculate the intersec-tions of them, and rice leaf veins are constructed by sweeping these generating curves along these intersections, then the rice leaf three-dimensional grid model is established. After that, the rice leaf grayscale image as the texture map which provides texture information and material information for the leaf model is used with texture-mapping technology to gen-erate the three-dimensional leaf model with material information. Combined with the relationship model between the rice leaf color channel R、G、B and SPAD, it realizes the real-time rendering of rice leaf color, and achieves promising realis-tic rendering results.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2017(053)024【总页数】4页(P187-190)【关键词】水稻;叶片;植物建模;渲染;可视化【作者】汪丽萍;何火娇;杨红云【作者单位】江西农业大学信息中心,南昌 330045;江西农业大学江西省高等学校农业信息技术重点实验室,南昌 330045;江西农业大学软件学院,南昌 330045;江西农业大学江西省高等学校农业信息技术重点实验室,南昌 330045;江西农业大学软件学院,南昌 330045;江西农业大学江西省高等学校农业信息技术重点实验室,南昌330045【正文语种】中文【中图分类】TP391随着数字农业研究与应用的蓬勃发展，数字植物研究专题应运而生[1]，研究的主要内容在于对植物-环境的形态结构、物理属性、生理生态过程等进行定量化、可视化表达，通过结构-功能相互作用过程的并行模拟来解释农林植物-环境的关系。
水稻稻穗可视化模拟研究及其实现
基金项目江西省教育厅科技项目（赣教技字[2005]96号）；江西省科技厅农业攻关项目（赣财教字[2006]188号）。
作者简介杨红云（1975-），男，江西新干人，硕士，讲师，从事虚拟农业技术研究。
收稿日期2007-10-12稻穗是水稻的结实器官，是产量形成的关键。
因此，众多学者开展了稻穗分化形成规律、产量构成要素之间的关系等研究，为水稻的高产栽培提供了决策依据。
在穗结构特征分析方面，一些学者进行了穗粒分布的定性描述，明确了穗结构中的稳定性状和易变性状以及不同基因型的穗结构特征[1-2]。
另外，一些学者还进行了稻穗结构的分形分析和三维重建等虚拟研究[3-4]。
但将水稻稻穗描述成计算机可以控制的模型则比较困难，关于水稻稻穗几何造型和虚拟稻穗数字化设计方面的研究还鲜有报道。
笔者采用的方法主要结合计算机图形学和数学方法来实现对稻穗的建模和可视化，构建普适性的稻穗形态模型。
采用VC++结合OpenGL 在微机上实现了水稻稻穗的三维结构，具有较强的真实感，为水稻稻穗研究提供一种新的手段。
1水稻稻穗的形态特征稻穗是圆锥花序，由主轴、枝梗和小穗组成。
穗中轴为主轴，底端连接植株主茎，主轴上生长的次枝为第一次枝梗，第一次枝梗再分生出小枝为第二次枝梗，三、四次枝梗较少发生，因而不予考虑。
由主轴顶端各节、一次枝梗顶端各节与二次枝梗的节上生出小穗梗，顶端着生小穗即谷粒。
一次枝梗、二次枝梗以及小穗均以约144°的角度螺旋状绕其着生轴生长[5]。
2水稻稻穗三维形态的几何造型描述根据水稻稻穗的主要形态结构特征，笔者将从主轴造型、枝梗轴造型以及小穗几何造型三个方面对水稻稻穗进行数学描述和建模。
水稻稻穗穗型主要分为直立穗型和弯曲穗型，直立穗型的三维形态描述相对简单，笔者主要以弯曲穗型为研究对象。
2.1稻穗穗轴造型稻穗穗轴几何模型主要描述稻穗的空间弯曲姿态和一次枝的着生位置。
将穗轴的空间姿态用空间曲线来描述，即穗轴曲线。
基于OpenGL和双三次贝塞尔曲面的稻叶可视化建模
第1期
马培良 ,等 :基于 Open GL 和双三次贝塞尔曲面的稻叶可视化建模
·37 ·
虚拟植物的研究将为探索植物的生长过程规律提供 新的方法和思路 。
1 贝塞尔曲面的算法原理
2 稻叶的可视化模拟
水稻叶片的几何形态为光滑连续的自由型曲
面. 平滑的曲线和曲面可分别由大量小线段 、小多边
形的绘制方法得到. 然而 ,对于许多常用的 、有特殊
属性的曲面 ,比如说 NU RBS 曲面 ,Bezier 曲面等 ,
在 Open GL 中提供了更方便的绘制方法. 通过较少
叶片是水稻进行光合作用营养物质生产与传输的主要器官因此稻叶的精确模拟对建立数字水稻模型具有重要的意利用系统分析方法和双三次贝塞尔曲面建模技术首先分析不同时期水稻叶片的形状及参数然后确定水稻叶片的控制点通过控制点的空间坐标实现稻叶的卷曲弯曲扭曲动态生长等最后实现水稻叶片的可视化模拟
第 38 卷第 1 期 2010 年 2 月
图 2 水稻叶片控制点设置示意图
Fig. 2 The setting of Rice leaf cont rol point s
2. 3 稻叶的真实感渲染 2. 3. 1 光照和材质
为了使模拟的水稻叶片更加形象逼真 ,加入了 光照和材质渲染. 在 Open GL 中 ,通过对场景中的 光线和物体进行不同的操作 ,可以产生各种不同的 效果[6] . 向水稻叶片所在环境中加入光照和材质包 含以下步骤 :
顶点 A ,即可控制叶片曲面的形状. 若把叶片分成不 同高度的层面 ,在每一个层面的四个控制点中 ,图形 的第一个和最后一个控制点一定是相切的. 由于叶 片基部卷曲较大 ,因此设置的控制点比较离散 ,通常 将第一个控制点和最后一个控制点设置的距离比较 接近 ,如图 2 (a) 所示. 叶片中部及尖部慢慢平展 ,所 以第一个控制点和最后一个控制点离的比较远 ,如 图 2 ( b) 所示.
作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究
作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究作者：诸叶平李世娟李书钦来源：《智慧农业》2019年第01期摘; ;要：针对作物产量形成、品种适应性分析的数字化解析和可视化表达需求，以提高作物模拟模型的时效性、协同性和真实感为目标，结合物联网技术与作物模拟模型，进行了田间数据实时采集;应用多智能体技术进行了作物协同模拟方法研究与框架设计;开展了作物生长过程模拟模型及基于作物模型的形态三维可视化关键技术研究，以小麦作物为例，进行了田间试验，阐述了小麦三维形态模拟可视化系统的设计实现并进行了试验验证;构建了Logistic方程模拟小麦叶长、最大叶宽、叶片高度、株高等的生长变化，采用基于曲线、曲面的参数化建模方法和3D图形库OpenGL构造了小麦器官几何模型。
结果表明小麦叶长、最大叶宽、叶片高度和株高模拟模型R2值在0.772～0.999之间，回归方程的F值在10.153～4359.236之间，且Sig.小于显著水平0.05，模型显著性较好，模型的拟合度较高。
本研究将作物模拟模型结果和形态结构模型有效结合，实现了以小麦为代表的作物在不同管理措施条件下的生长过程形态三维可视化表达，为作物生产数字化系统应用提供了更有效的途径，该技术体系与方法同样适用于玉米、水稻等作物。
关键词：作物模拟模型;生长过程数字化;形态可视化;Agent技术;三维中图分类号：S24; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标志码：A; ; ; ; ; ; ;文章编号：201901-SA005诸叶平，李世娟，李书钦.作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究[J]. 智慧农业， 2019， 1（1）： 53-66.Zhu Y， Li S， Li S. Research on key technologies of crop growth process simulation model and morphological 3D visualization[J]. Smart Agriculture， 2019， 1（1）： 53-66. （in Chinese with English abstract）1; 引言作物生长过程是一个涉及作物基因、生长环境、管理措施等诸多变化因素的复杂巨系统，作物生长过程模拟一直都是作物生长过程数字化研究的重点内容之一。
水稻三维侧视图成像设备的制作方法
本技术新型公开了一种水稻三维侧视图成像装置，涉及农业科学装置技术领域，针对现有的测量绘制精度不高的问题，现提出如下方案，其包括多个支撑架，所述支撑架的上端固定连接有水平设置的放置板，所述放置板的上侧固定连接有电机，所述电机的输出轴通过联轴器固定连接有与放置板转动连接的旋转轴，且旋转轴的另一端固定连接有夹具，所述夹具的下侧固定夹持有放置箱，所述夹具的底部固定连接有镜片，本技术新型结构简单，使用方便，可以很好的进行多方位的成像，方便观察根系的生产情况，同时在绘制图形时，可以通过电脑自动合成，提高测量和绘制的精度。
权利要求书1.一种水稻三维侧视图成像装置，包括多个支撑架(1)，其特征在于，所述支撑架(1)的上端固定连接有水平设置的放置板(13)，所述放置板(13)的上侧固定连接有电机(10)，所述电机(10)的输出轴通过联轴器固定连接有与放置板(13)转动连接的旋转轴(11)，且旋转轴(11)的另一端固定连接有夹具(2)，所述夹具(2)的下侧固定夹持有放置箱(3)，所述夹具(2)的底部固定连接有镜片(12)，所述支撑架(1)底部固定连接有调节座(6)，所述调节座(6)的上端滑动配合有平衡板(5)，所述平衡板(5)的上侧放置有玻璃缸(4)，所述夹具(2)和放置箱(3)均位于玻璃缸(4)内，所述平衡板(5)的一侧通过螺栓固定连接有支撑座(7)，所述支撑座(7)的上侧固定连接有数码相机(8)，所述支撑架(1)的两侧均连接有LED灯(14)。
2.根据权利要求1所述的一种水稻三维侧视图成像装置，其特征在于，所述放置板(13)的一侧通过螺栓固定连接有控制器(9)，所述控制器(9)采用AFPX0L14R型号控制器，所述电机(10)和LED灯(14)均通过导线与控制器(9)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种水稻三维侧视图成像装置，其特征在于，所述放置箱(3)采用圆柱形结构，所述放置箱(3)采用透明玻璃材质。
4.根据权利要求1所述的一种水稻三维侧视图成像装置，其特征在于，所述调节座(6)包括与平衡板(5)互动连接的螺纹杆，所述螺纹杆的另一端螺纹连接有螺纹座，螺纹座与支撑架(1)固定连接。
水稻直播种绳加工装置的参数优化及虚拟设计答辩ppt
3.5 护种装置的设计 3.5.1 护种装置的原理以及设计
本次设计采用减小水稻破损率的弹性皮带护种装置，它由3根转轴机构、侧板、皮带构成。通过与排种轮的接触，使 得皮带张紧，与排种轮同步转动，从而将水稻种子牢牢的固定在型孔内，排种轮旋转到护种装置的终点时，水稻种 子再通过排种口流出。
3.7.2 清种刷安装间隙
清种刷的和排种轮的间隙直接影响了多余水稻种子被清 落的概率，本次设计清种为周向清种，清种毛刷与排种 孔之间产生的间隙会出现以下情况：（1）当间隙里面 卡入种子，随着排种轮与拨指的相对转动会挤伤水稻； （2）当间隙过小，会将本应在排种孔内的种子挤出排 种孔，即造成卡种现象，造成漏播。
3.6.3 限种板的设计
充种结束角度的确定与限制装置的设置有关，若充种毛刷中 心与限制装置之间的间距过近，将使二次充种的空间变小， 从而影响二次充种的效率；同时，由于充种过程中积累的稻 种极易被刷子卷走，造成播种量过大、充种不均。
3.7 清种装置的设计 3.7.1 清种装置工作原理
水稻机械式集排排种器，排种器在工作时，种子在重力作用 下，在机器运行过程中产生的振动，形成有利于充种的状态， 清种装置将填充在型孔中多余的种子清除，种子依附在排种 轮的排种孔上并随着排种轮的转动而转动，鉴于设计是采用 周向填充种子，则清种装置采用周向清种，并采用清种刷来 进行清种。
4.8 轴承强度校核
在假设的情况下，对支座的基本额定动荷载进行了研究 ，荷载情况为：推力轴承受到纯轴向荷载，向心轴承受 到纯径向荷载，在大部分情况下，基本上都是同时受到 轴向荷载和径向荷载，但是在轴向和径向荷载的尺寸上 会有不同。所以，在进行轴承计算时，必须将实际的负 载转换成等价的动态负载。
研究进展：作物生长过程模拟模型与形态三维可视化技术
研究进展：作物生长过程模拟模型与形态三维可视化技术研究进展：作物生长过程模拟模型与形态三维可视化技术作物生长过程是一个涉及作物基因、生长环境、管理措施等诸多变化因素的复杂巨系统，作物生长过程模拟一直都是作物生长过程数字化研究的重点内容之一。
目前发达国家已经建立了比较完善的作物生长模拟模型，如美国的D S S AT模型、澳大利亚的A P S IM模型、荷兰的S U C R O S模型等。
我国的作物生长过程模拟研究虽然起步晚，但发展较快，并形成了一些具有代表性的模型。
曹宏鑫等、曹卫星等以及高亮之和金之庆主要以作物栽培学为主，从作物科学与信息技术相结合角度，探讨了数字化栽培的框架与技术体系；潘学标等结合中国棉花栽培研究成果研制了棉花生长发育模拟模型C O T G R O W；冯利平和韩学信建立了棉花的生长模拟模型C O T S Y S；孙忠富和陈人杰建立了以太阳辐射为基本驱动因子的温室番茄生长发育动态模型。
2005年，作者团队完成了小麦、玉米及连作模拟模型构建；赵春江院士团队、曹卫星团队、曹宏鑫团队还集成专家系统、决策支持系统等技术，构建了相应技术的作物模拟系统。
随着数字化技术的发展，作物生长过程模拟模型得到了越来越多的重视和科研投入，并且正在向实用化方向迈进。
现有的作物模拟技术都是针对各要素建立相应的模拟模块，并最终集成形成整体的作物生长模拟模型，在各个模拟模块的协同性和模型的可扩展性上均存在明显的不足。
出现于20世纪70年代末的智能体（Ag e n t）技术是人工智能技术的一个重要分支，具有较强的自主性、协同性、响应性及智能性，能够有效地解决作物生长模拟模型在协同和扩展方面存在的问题，已经成为作物生长过程模拟研究的新手段。
随着理论和技术的不断成熟，Ag e n t技术逐渐发展为多智能体系统（Mu l t i-Ag e n t Sy s t e m，MA S）。
国内外学者对Ag e n t技术在农业领域的应用开展了一定的研究，Ba d j o n s k i和Iv a n o v i研制了一个遗传育种Mu l t i-Ag e n t专家系统，实现了模拟育种专家选择合适品种；Be n t h a m在作物生产管理方面进行了尝试，构建了开放性的基于Ag e n t技术的决策支持系统，可以为农场主提供决策支持；Be r g e r提出了一个基于Mu l t i-Ag e n t的农业经济空间模型，该模型将经济和水文模块融合到同一个空间框架内，以便及时反馈灌溉带来的影响；作者团队将Ag e n t技术融于现代农业经济管理决策支持系统的研究与开发中，设计了基于Ag e n t的农业经济智能决策支持系统；王纪章针对温室作物生长模拟生理生态模型的特点，开展了基于Mu l t i-Ag e n t技术的温室作物模型自动集成机制研究，建立了温室作物模型库系统。