基于準確光輻射傳輸?shù)姆焉L結構功能模型研究.pdf

1、近年來，虛擬植物的研究為作物冠層結構提供了精確的3D幾何描述，使得與計算機圖形學中用于真實感繪制的光照模型相結合、準確計算作物冠層內的光輻射傳輸與分布成為可能；在此基礎上建立作物生長的結構功能模型，有利于準確模擬光合作用和考察光信號在作物形態(tài)建成與發(fā)育中的調節(jié)作用，也是研究植株形態(tài)結構與其生理生態(tài)功能相互影響關系的一個有效方法。 本文以溫室園藝作物番茄為研究對象，并考慮到光照對其生長發(fā)育有較強的影響，建立了基于準確光輻射傳輸?shù)姆?/p>

2、茄生長結構功能模型，具體的研究工作包括以下幾個方面： 1.建立番茄生長的動態(tài)結構與可視化模型，并通過田間試驗對模型的參數(shù)進行提取，為精確研究冠層內光的輻射傳輸與分布打下了基礎。 2.采用先進的基于層次實例化結構的輻射度模型(HierarchicalInstantiationforRadiosity，簡稱HI輻射度模型)，作為番茄植株冠層的光輻射傳輸模型，并對結構模型與HI輻射度模型的關鍵接口技術進行研究：利用番茄結構模型

3、生成植株場景的層次實例化結構，大大提高了冠層內光輻射傳輸與分布的計算效率，節(jié)省了內存的消耗。采用基于圖像的光照技術來獲取冠層頂部的入射輻射，該方法是獲取溫室內復雜光源分布的一種有效方法。采用光譜分析技術，對番茄植株器官的光學特性進行了測定，確定了番茄葉片反射及透射系數(shù)。通過上述各項技術將番茄結構模型與HI輻射度模型進行有效融合，能夠計算植株上不同位置和不同葉齡3D葉片上的光截獲量。 3.在器官水平上，提出并建立了基于準確光輻射傳

4、輸?shù)姆呀Y構功能互反饋模型。其中在3D葉片的光截獲基礎上，建立了物質生產模型-MPRAD(MatterProductionBasedonPlantRad)模型。該研究將植株形態(tài)結構-光環(huán)境-功能有機融合于一體，使模型真正具備結構功能相互影響、相互反饋的作用機制。 4.提出基于拓撲結構的多植株目標的模型參數(shù)估算方法，提高了模型參數(shù)估算的穩(wěn)定性與可靠性，為模型最終得以驗證和具有預測功能打下了基礎。該方法尤其可用于具有不同拓撲結構，但

5、具有相同遺傳特性的作物生長參數(shù)的優(yōu)化研究上。 5.對基于準確光輻射傳輸?shù)姆焉L模型參數(shù)進行了校準和優(yōu)化，取得較滿意的擬合效果，而且光分布計算結果與實際觀測數(shù)據(jù)相吻合；另一方面，與GreenLab基于比爾定律的物質生產模型校準的結果進行了比較，器官匯強等參數(shù)一致性較好，進一步驗證了模型的正確性和有效性。 6.試驗設計了番茄植株生長的兩種受光環(huán)境，文中對這兩種不同輻射截獲下的模型參數(shù)和植株形態(tài)結構進行了比較。結果表明：光照