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第1篇

關鍵詞：園藝植物；可視化；研究；現狀

1 簡述園藝植物可視化發展的各種技術應用

1.1參數化建模的具體應用

在當前園藝可視化的發展大背景下，通過建立參數化建模的方式，也就是采取植物的三維結構特征，提取各種植物的結構特征和參數指數，從而實現我們熟知的植物拓撲規律的掌握，從中掌握不同植物不通器官的大小、形狀和基因等相關的參數，進而快速形成器官或植株幾何模型的構建，同時，結合植物交互式設計的應用，對植物的花朵、葉片以及果實等方面給予細致的可視化研究[1]。

1.2雙尺度自動機原理的應用

在實現園藝植物可視化的模擬技術基礎之上，實現對園藝植物的生長過程的模擬。從而根據植物的莖節數、莖節長度等參數控制實現植株多樣性的形態，將所建立的花、果實、莖稈等器官拼接成黃瓜植株模型，并根據雙尺度自動機原理模擬r植株的動態生長過程，譬如在西瓜的可視化模擬上，依據西瓜器官的主要形態特征，提取其器官的幾何模型的主控參數，結合模板技術實現了西瓜的主要器官和植株的三維形態結構的交互式設計，更好地實現園藝植物的可視化研究，為植物結構的探索提供強有力的支撐。

2 探析園藝植物可視化的研究現狀

2.1交互式設計的全程模擬應用

在園藝植物可視化的發展軌跡上，如何實現簡單、便捷的方式來實現植物幾何模型的重構，具有深遠的意義，交互式植物結構的設計，正好迎合了模擬植物形態的軟件需求，在具體的應用中[2]，通過利用植物參數的準確記錄，對植物進行資源整合，尤其是運用在園藝植物方面，提供引導式的操作界面，對節間數量、分枝個數等參數進行設定，系統會根據這些參數自動生成植株的初始結構狀態，隨后，用戶還可以進行交互式的調整，該系統有利于用戶設計三維植物的形態。在此基礎上，通過花卉圖的建立，采取融合算法，利用草圖原理生成的花排列模型效果，很好地實現園藝植物的可視化管理，提升結構應用需求[3]。

2.2三維立體感的真實感繪制效果

在園藝植物可視化的真實感模擬上，都可以通過現代技術的輔助手段來實現，通過將各種復雜的植物結構等掌握，呈現不同的幾何模型，采取真實的結合模型表現手法，包括紋理映射、細節模擬、物理模擬等，在技術的應用上，主要通過顏色紋理、凹凸紋理和過程紋理等手段[4]，直接從植物的果實圖中截取有效的信息，作為一種紋理圖片，并進行真實的造型以及結構修補，將曲面中的所有小四邊形網格對應進行貼圖，通過紋理映射和各種葉脈生成算法可以增加真實感效果，通過將物理模擬引入真實感繪制技術中提高了植物幾何模型的真實感，并提出了一種基于質點-彈簧系統的植物器官變形模擬方法。

2.3園藝植物可視化研究的前景展望

盡管數字化研究取得了一定的長足的發展。并發展到了一定的程度，由于園藝可視化的研究起步比較晚，在園藝植物可視化方面還存在一定的技術和其他方面的不足。現有的園藝植物可視化研究成果與預期應用之間還存在一定的差距。如模型估產是園藝植物可視化的一個重要應，可用來研究如溫度、CO2濃度、降水等未來氣候條件對園藝植物產量的影響[5]。但目前園藝植物模型更多的停留在針對植物模型的建模階段，可以滿足以展示和游戲制作為目的的植物建模應用，但是對于通過研究自然環境對植物的影響而進行估產等為目的的研究尚不能滿足。

3 總結

園藝植物可視化的研究現狀，從數字化、信息化、科學化的水準出發，尤其是在數字領域，通過對不同植物結構模型的研究，大幅度的提高園藝植物幾何模型的真實感，將數字植物引入到園藝植物可視化研究的范疇，構建園藝植物群體結構，為農業場景制作提供技術手段，為蔬菜栽培、花卉種植管理等提供虛擬平臺軟件工具，更好、更快的推動園藝植物可視化的快速發展。

參考文獻

1郭新宇,趙春江等.玉米三維重構及可視化系統的設計與實現[J].農

業工程學報,2007(4)

2 周淑秋,郭新宇,雷蕾.黃瓜生長可視化系統的設計與實現[J].計算機

技術與發展,2007(1)

3 孫永香,劉彤,鄭永果.虛擬植物的建模方法[J].系統仿真學報,2006(S1)

4 袁曉敏,溫維亮,郭新宇.園藝植物可視化研究進展[J].中國農業科技

第2篇

關鍵詞：園藝植物、可視化、研究進展

中圖分類號：TU986文獻標識碼： A

一、前言

近40年來，以作物群體階段發育和干物質積累為對象的作物生長模擬研究得到了長足發展，各種模型及基于模型的作物輔助決策系統在農業生產中也已得到初步應用。但以個體或群體形態結構為研究對象的植株可視化卻是近幾年才發展起來的，目前已成為作物模擬研究新的領域。可視化研究是植物結構模擬技術和虛擬現實技術在作物生長模擬中的應用。隨著信息農業的發展，作物生長過程可視化必將進一步深入。本文簡要介紹植物可視化研究的國內外研究進展和今后的發展趨勢。

二、探析園藝植物可視化的研究現狀

1、交互式設計的全程模擬應用

在園藝植物可視化的發展軌跡上，如何實現簡單、便捷的方式來實現植物幾何模型的重構，具有深遠的意義，交互式植物結構的設計，正好迎合了模擬植物形態的軟件需求，在具體的應用中圓，通過利用植物參數的準確記錄，對植物進行資源整合，尤其是運用在園藝植物方面，提供引導式的操作界面，對節間數量、分枝個數等參數進行設定，系統會根據這些參數自動生成植株的初始結構狀態，隨后，用戶還可以進行交互式的調整，該系統有利于用戶設計三維植物的形態。在此基礎上，通過花卉圖的建立，采取融合算法，利用草圖原理生成的花排列模型效果，很好地實現園藝植物的可視化管理，提升結構應用需求。

2、三維立體感的真實感繪制效果

在園藝植物可視化的真實感模擬上，都可以通過現代技術的輔助手段來實現，通過將各種復雜的植物結構等掌握，呈現不同的幾何模型，采取真實的結合模型表現手法，包括紋理映射、細節模擬、物理模擬等，在技術的應用上，主要通過顏色紋理、凹凸紋理和過程紋理等手段，直接從植物的果實圖中截取有效的信息，作為一種紋理圖片，并進行真實的造型以及結構修補，將曲面中的所有小四邊形網格對應進行貼圖，通過紋理映射和各種葉脈生成算法可以增加真實感效果，通過將物理模擬引入真實感繪制技術中提高了植物幾何模型的真實感，并提出了一種基于質點一彈簧系統的植物器官變形模擬方法。

三、存在問題與研究趨勢

1、植物與環境相互作用的生理生態機制

植物生長離不開生態環境。溫度、光照(輻射)、水分、營養等不但影響到植物的產量、質量，還影響到植物的形態。不同生長環境下的植物生長有不同的結構特征。根的向水性、日長對感光性植物開花期的影響、干旱時作物葉片的方位取向更多地平行于行向等，說明生長環境對植物有強烈的導向作用。因而，植物可視化研究中，分析植物與環境的關系必不可少。植物與環境的關系研究主要分兩種類型：一是環境條件對植物生長的單向脅迫，如日長、溫度等氣候條件對植物生長的影響，土壤、障礙物、植物剪枝等環境和植物管理措施對植物生長的制約。二是植物與環境互反饋機制。在可視化模型中引入植物與環境相互作用的機制，使模型能模擬相鄰植株之間、同一植株內不同器官之間的相互規避、光競爭等。但這種機制尚不能使模型具有植物結構與功能的反饋能力。

近年來的研究中，已開始將基于機理過程的生理生態模型與可視化植物模型結合起來，應用前者模擬生態環境和栽培措施對植物的生物量、器官形成與發育的影響；應用可視化模型模擬植物的形態結構、冠層的微氣象條件、對資源的獲取等。如將Vlab系統與生理生態模型Ozcot昆蟲模型結合，虛擬棉花形態結構與害蟲行為，確定控制害蟲的農藥最佳噴施方案(Hanan，1998)。將AMAP模型與棉花模型GOSSYM結合，模擬環境脅迫對棉花生長的影響(deRefye，1997)。Hanan等將棉花生長模型與可視化模型(L―COTTON)相結合，研究了棉花生長過程的可視化。上述研究一般只考慮生長模型的輸出參數如何在可視化模型中的應用，而對可視化模型的輸出制約生長模型的研究較少。這主要由于生理生態模型提供的是作物群體水平的數據，而可視化模型需要的是植株個體、器官水平的數據，二者參數類型不同。因此，欲實現生長模型與可視化模型的更好融合，尚有待進一步分析。郭焱等引建議跨越目前虛擬模型與生理生態模型之間的界限，構建將植物的形態結構與功能一體考慮的新型虛擬模型。即根據形態模型模擬植物對資源的獲取，計算植物的光合產量；利用生長模型進行光合產物分配，模擬植物發育進程和器官生長。這樣，模型以并行機制將環境條件、植物形態結構與生理生態過程緊密結合起來，并使模型具有結構與功能的反饋能力，使模型更符合植物生長機制。但上述技術路線要求對植物生理生態和群體結構及功能有更深入的理解，否則是難以實現的。

2、冠層與根系耦合虛擬

至目前為止，植物可視化研究一般將冠層與根系分開討論，而對冠層與根系的耦合研究較少。由于植物生長是地上部與地下部的協同生長，植物對逆境的適應是通過冠層與根系的協同作用得以實現的。干旱時，根系通過向深處生長以獲取地下水，冠層葉片亦通過卷曲等措施減少植物的水分蒸騰；濕潤時，根系通過發生側生根或支根，加強對水分和養分的吸收，葉片的蒸騰也處于無脅迫狀態。因此，構建根冠耦合的可視化模型，可更好地體現生態環境和栽培措施對植物生長的影響。Prusinkiewicz等利用植物體冠層與根系通過物質流實現平衡生長的原理，構建了冠層與根系耦合生長的模型。但上述模型對耦合機制的生理生態影響未作深入分析。當然，根冠耦合的生理生態機制將涉及土壤中的水分和養分遷移運轉、土壤與根系的養分與水分交換、植物體的水分運輸、冠層與大氣的水分交換等一系列過程。因此，加強多學科的融合是植物可視化研究的必然選擇，植物根冠耦合研究勢必成為植物可視化未來的研究重點。

四、園藝植物可視化研究的前景展望

盡管數字化研究取得了一定的長足的發展。并發展到了一定的程度，由于園藝可視化的研究起步比較晚，在園藝植物可視化方面還存在一定的技術和其他方面的不足。現有的園藝植物可視化研究成果與預期應用之間還存在一定的差距。如模型估產是園藝植物可視化的一個重要應，可用來研究如溫度、CO2濃度、降水等未來氣候條件對園藝植物產量的影響閣。但目前園藝植物模型更多的停留在針對植物模型的建模階段，可以滿足以展示和游戲制作為目的的植物建模應用，但是對于通過研究自然環境對植物的影響而進行估產等為目的的研究尚不能滿足。

五、結束語

園藝植物可視化的研究現狀，從數字化、信息化、科學化的水準出發，尤其是在數字領域，通過對不同植物結構模型的研究，大幅度的提高園藝植物幾何模型的真實感，將數字植物引入到園藝植物可視化研究的范疇，構建園藝植物群體結構，為農業場景制作提供技術手段，為蔬菜栽培、花卉種植管理等提供虛擬平臺軟件工具，更好、更快的推動園藝植物

可視化的快速發展。

參考文獻：

[1] 袁曉敏 溫維亮 郭新宇 陸聲鏈：《園藝植物可視化研究進展》，《中國農業科技導報》， 2011年06期

[2] 郭新宇 趙春江 肖伯祥 鄧旭陽 孫廣宇 王紀華：《玉米三維重構及可視化系統的設計與 實現》，《農業工程學報》，2007年04期

第3篇

關鍵詞：彩葉植物；園藝；研究

中圖分類號：S603-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2010）-11-0196-1

我國的彩葉植物種類非常的豐富，這與我國地大物博是有一定的關系的，那么近幾年來彩葉植物在園藝中的廣泛應用，引起了學術界的關注，并形成了對于彩葉植物的研究。

1 彩葉植物的概念

彩色植物的概念很廣泛，從廣義上說只要喬木、灌木或花卉中的葉片或莖干中,任何一處呈現出非綠色彩，就可被稱為彩色植物。狹義上彩葉植物不包括秋色葉植物，在春秋兩季甚至春夏秋三季吐現彩色，尤其是夏季旺盛生長季節仍保持彩色不變。對于彩色植物這兩個定義來說，學術界一般還是以廣義上的彩葉植物來定義，從我國花卉種類和情況來看，彩葉植物的顏色大多以紅、黃色為基調，在這個基礎上還會有金黃、橙紅、火紅、紫紅以及比較少見的藍色系列等，隨著近幾年來彩葉植物的人工培育技術不斷地成熟，彩葉植物也出現了許多彩系例，俗稱“混血兒”，并且在觀賞性得到了充分的開發，就是彩葉的葉子特別大，出現各種造型。并且有一些種類的彩葉樹還會隨季節變化呈現出不同的顏色。現代彩葉植物的應用已經充分結合了美學、環境學、形態學以及園藝學和植物學，特別是現代園藝學被廣泛的重視，使彩葉植物的市場越來越廣。

2 彩葉植物的種類

在園藝上一般以灌木和草本彩葉植物為主，當然也有喬木彩葉植物，而從園藝應用上來說，本文主要從形態學角度對彩葉植物進行分類。如此可以根據高度和色彩來分類（如表1）。

表1 彩葉植物按高度和色彩的分類

按株高分 按葉色分

喬木 樹體高大,具有明顯的高大主干

灌木 樹林矮小,主干低矮或叢生無明顯主

干草本類 此類彩葉植物植株低矮叢生，風格自然、優雅而樸實，色彩豐富，而且無需經常管理。 紫(紅)色葉類 包括紫色、紫紅色、棕紅色、紅色等。如紅花槭、北方紅櫟等

黃(金)色葉類 包括黃色、金色系列。如金葉國槐、黃金榕等。

色葉類 包括藍綠色、藍灰色、藍白色等。如藍杉等

花葉類 葉片同時呈現2種或2種以上的顏色。如花葉復葉槭（葉片綠白相間）、金邊錦熟黃楊等。

從表1可以看出喬木，這些體形較高的種類常用于道路兩邊作為街道樹，在現代園藝中也常常運用草坪邊以及作為一個景點分段制高點，同時也可以三五叢植點綴于園藝中，隨著美學融入現代園藝，喬木的應也沒有定性，或成群成片種植形成風景林。喬木類彩葉樹種有金葉國槐、紫葉梓樹等。而灌木，此類彩葉植物可以群植組成色塊，這個應用還是比較多見的，在園園中三五叢植體現群體美，樹形優美者亦可孤植欣賞。如金葉女貞、紅葉石楠、金葉連翹等。草本類是園藝中比較常見的綠葉型花卉，它的作用是點綴和襯托其它主類彩葉植物的效果。在園藝中常密植叢植作為地被、鑲邊或模紋花壇應用，也可以用于藝術墻體的設計和制作，主要種類有紫葉酢漿草、藍羊茅、彩葉草等。

從色分的研究來說，色彩是園藝藝術制高點，現代的美學講究的就是對園藝中色彩的應用，特別是色彩的搭配，從主色系的紫、黃、紅到藍，不同植物間的搭配，同時也要考慮到植物學本身的生存適應度。隨著彩葉人工培育技術的不斷深化，成為了園藝中一道亮麗的風景線。

3 彩葉植物在園藝中的應用

彩葉植物在園藝中的應用要根據環境和形態進行比較分析，并根據歷史人文觀和現代花卉學原理。

3.1 彩葉植物要重視綠色植物相互映襯

彩葉植物有著豐富的色彩，但是這個豐富的色彩如果沒有綠色植物地映襯和哄托，就會失去其美麗、大方、嬌艷的特性而變得浮躁和低俗，重視園藝中綠色植物的作用是彩葉植物在園藝應中的關鍵之處，成功的園藝設計必然是綠色植物與彩葉植物的完美結合和應用，比如孤植，在一大片草坪的中央，一片園形的彩色花卉，馬上使整片草坪出現了生機，這是由于彩葉植物葉色獨特、鮮艷，也可以孤植于庭院充分表現其個體美，發揮景觀的中心視點及引導視線的作用。

3.2 彩葉植物的孤植、叢植的應用

孤植是相對獨立的表現一種中心視線的作用，比如樹形高大豐滿的挪威槭、金葉梓樹，可以在一片開闊的地位，制作出一絲的神秘，這種設計情侶是最喜歡的，并在周圍加以樹形緊密的紫葉矮櫻、紅葉石楠等襯托出更加迷人的色覺沖擊。而叢植是同類彩葉植物三五成叢種植在一起,突出了整體美，這種整體是美學設計下加工而來，現代園藝以色彩和造形的豐富來突出藝術性，既豐富了景觀色彩，也活躍了建筑物和藝術墻體等，或以常綠針葉樹為背景，起到錦上添花的作用，從目前園藝應用情況來看金葉連翹、金葉歐洲山梅花等用的比較多。

3.3 色塊種植和基礎種植的應用

色規種植應該說是常見的，比如國慶時候我們看到的拼圖，就是色塊種植，基礎種植在草坪上的應用較為多見，金葉女貞、紫葉小檗、金邊錦熟黃楊等，因為這些彩葉植物屬于株叢，比較緊密的相聯，同時也便于園藝工人修剪，比如現在彩葉植物修剪成規整的綠籬和藝術墻體還是很多見的，或與其他綠色基礎種植材料相當搭配，可構成美麗的鑲邊和各種字符、圖案甚到是人和動物的造型。

3.4 彩葉植物的美學的原則

彩葉植物的美學原則就是利用現在美學在設計理念上的突破制造出和設計各種藝術性較強的園藝景觀，而美學是夸大的藝術，彩葉植物就象是素材，需要通過美學去發掘，但是這個過程要堅持一個原則就是任何的設計必須是從植物學基礎上去構架，那么在這個基礎上就形成了一個色系的組合，不能肓目的搭配而是要根據美學的原理去進行組合，在種植上也要以美學為參照，以最經濟的方式來完成園藝的設計和加工。完美的植物景觀設計必須具備科學性與藝術性的高度統一，既滿足植物與環境在生態適應性上的統一，又要合理配置，體現出植物個體及群體的形式美及由此產生的意境美。

4 結束語