系统仿真学报 ›› 2021, Vol. 33 ›› Issue (10): 2432-2439.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.20-0614
赵德恒, 赵应丁, 杨红云, 易文龙*
收稿日期:2020-08-20
修回日期:2020-10-04
出版日期:2021-10-18
发布日期:2021-10-18
通讯作者:
易文龙(1982-),男,博士,副教授,研究方向为几何建模与仿真。E-mail:yiwenlong@jxau.edu.cn
第一作者简介:赵德恒(1997-),男,硕士生,研究方向为几何建模与仿真。E-mail:13105340680@163.com
基金资助:Zhao Deheng, Zhao Yingding, Yang Hongyun, Yi Wenlong*
Received:2020-08-20
Revised:2020-10-04
Online:2021-10-18
Published:2021-10-18
摘要: 借助计算机可视化技术探索水稻叶片细胞形态演化过程,需要建立细胞几何模型与其产生变形的生物力学关系。基于物理力学性质提出一种叶片细胞三维可视化动态仿真方法,通过“半边”数据结构来表示细胞骨架拓扑结构、利用双三次Bézier曲面来构造其表面的几何形状;设计细胞骨架的 “点”、“线”与“面”拓扑单元查询算法来确定曲面变形控制参数;借助柯西应力、广义胡克定律计算细胞应力-应变数值。试验环境使用了C++与OpenGL图形库编程实现,结果表明,使用不同的渗透压差和弹性模量的数值能够获得曲面的自由变形,从而获得细胞三维可视化模型的动态仿真过程。此方法有助于从细胞力学视角研究叶片建成规律中引入一种信息化手段。
中图分类号:
赵德恒,赵应丁,杨红云等 . 水稻叶片细胞三维可视化动态仿真[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(10): 2432-2439.
Zhao Deheng,Zhao Yingding,Yang Hongyun,et al . Three-dimensional Visual Dynamic Simulation of Rice Leaf Cells[J]. Journal of System Simulation, 2021, 33(10): 2432-2439.
| [1] 陈源, 李朝军. 虚拟细胞[J]. 细胞生物学杂志, 2004, 26(3): 231-234. Chen Yuan, Li Chaojun.Virtual cells[J]. Journal of Cell Biology, 2004, 26(3): 231-234. [2] Loew L.Cell Biophysics with Virtual Cell[J]. Biophysical Journal (S0006-3495), 2018, 114(3): 401a. [3] 王荣, 焦群英, 魏德强. 植物细胞的生物力学研究现状与进展[J]. 植物学通报, 2005, 22(4): 478-485. Wang Rong, Jiao Qunying, Wei Deqiang.The Status and Progress of Research on Plant Cell Biomechanics[J]. Botany Bulletin, 2005, 22(4): 478-485. [4] Louveaux M, Julien J D, Mirabet V, et al.Cell Division Plane Orientation based on Tensile Stress in Arabidopsis Thaliana[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences (S0027-8424), 2016, 113(30): 4294-4303. [5] Wu N, Pitts M J.Development and Validation of a Finite Element Model of an Apple Fruit Cell[J]. Postharvest Biology and Technology (S0925-5214), 1999, 16(1): 1-8. [6] 王兰花, 杨红云, 何火娇, 等. 基于Bezier曲线的水稻叶片可视化建模[J]. 中国稻米, 2018, 24(1): 60-63. Wang Lanhua, Yang Hongyun, He Huojiao, et al.Visual Modeling of Rice Leaves Based on Bezier Curve[J]. China Rice, 2018, 24(1): 60-63. [7] 彭英, 张素兰. 基于L系统的水稻根系建模与可视化[J]. 计算机系统应用, 2020, 29(6): 22-28. Peng Ying, Zhang Sulan.Modeling and Visualization of Rice Root System Based on L System[J]. Computer Systems Applications, 2020, 29(6): 22-28. [8] 杨红云, 孙爱珍, 杨文姬, 等. 水稻叶片颜色可视化模拟方法研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(8): 2892-2899. Yang Hongyun, Sun Aizhen, Yang Wenji, et al.Research on Visual Simulation Method of Rice Leaf Color[J]. Journal of System Simulation, 2018, 30(8): 2892-2899. [9] 杨乐, 彭军, 杨红云, 等. 基于微分L-系统的水稻根系三维生长模型研究[J]. 农业机械学报, 2019, 50(10): 208-214. Yang Le, Peng Jun, Yang Hongyun, et al.Research on Three-dimensional Growth Model of Rice Root System based on Differential L-system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2019, 50(10): 208-214. [10] Yi W, Zhao Y, Jiang Y, et al.Computer-aided Geometric Modeling of Plant Cell Shape and Design of Its Topological Retrieval Algorithms[C]// 2020 XXIII International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). St. Petersburg, Russia: IEEE, 2020: 174-177. [11] Kettner L.Using Generic Programming for Designing a Data Structure for Polyhedral Surfaces[J]. Computational Geometry (S0925-7721), 1999, 13(1): 65-90. [12] 张应中, 谢馥香, 罗晓芳, 等. 采用半边编码的三角网格拓扑数据结构[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2016, 28(2): 328-334. Zhang Yingzhong, Xie Fuxiang, Luo Xiaofang, et al.A Topological Data Structure Using Coding of Half-edges for Triangle Meshes[J]. Journal of Computer-Aided Design and Computer Graphics, 2016, 28(2): 328-334. [13] 孔令德, 康凤娥. 基于双三次Bezier曲面在球体建模中的应用[J]. 计算机应用与软件, 2017, 34(5): 86-90, 140. Kong Lingde, Kang Feng'e. The Application of Bicubic Bezier Surface in Sphere Modeling[J]. Computer Applications and Software, 2017, 34(5): 86-90, 140. [14] Eric Lengyel.3D游戏与计算机图形学中的数学方法[M]. 3版. 北京: 清华大学出版社, 2016. Eric Lengyel.Mathematical Methods in 3D Games and Computer Graphics[M]. 3rd ed. Beijing: Tsinghua University Press, 2016. [15] 贾红丽, 汤正诠. 双三次Bézier曲面片的光滑拼接[J].应用数学与计算数学学报, 2001, 15(1): 91-96. Jia Hongli, Tang Zhengquan.Smooth Splicing of Bicubic Bézier Surfaces[J]. Journal of Applied Mathematics and Computation, 2001, 15(1): 91-96. [16] 翟新. 物理方法破裂植物细胞壁的力学模型研究[D].无锡: 江南大学, 2013: 32-33. Zhai Xin.Study on Mechanical Model of Plant Cell Wall Rupture by Physical Method[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2013: 32-33. |
| [1] | 黄涛, 张智, 丁玉杰, 陈艳波, 王晶, 张文倩. 考虑动态频率安全与N-k故障的鲁棒应急调度方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 2981-2993. |
| [2] | 张润昭, 陈艳波, 黄涛, 田昊欣, 强涂奔, 张智. 基于异构负荷特征解析预测的虚拟电厂调度方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 2994-3006. |
| [3] | 于祥星, 赵艳东, 张宝琳. 基于电涡流NES的海上风机塔架振动控制[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3007-3017. |
| [4] | 李斌, 王于绰. 基于多策略融合的光伏系统故障诊断方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3018-3032. |
| [5] | 李孝斌, 胡冰, 尹超, 李波, 马军. 基于时空图卷积的汽车配件供应链需求预测与仿真分析[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3060-3074. |
| [6] | 彭艺, 雷云揆, 杨青青, 李辉, 王健明. 改进PID搜索算法的山地环境无人机路径规划[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3075-3086. |
| [7] | 陈逸, 邱思航, 朱正秋, 季雅泰, 赵勇, 鞠儒生. 基于启发式的人-大模型协作寻源方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3112-3127. |
| [8] | 索婧怡, 卢柏宏, 屈澈. 影视LED光源光强分布测定及其在游戏引擎中的仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3140-3151. |
| [9] | 龚建兴, 胡海, 任海慧, 吴瑞祥. 面向虚实结合的军事训练系统互操作模型与运用[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3161-3175. |
| [10] | 徐智霞, 王蕊, 孙楠, 何兵, 沈晓卫, 朱晓菲. 基于改进遗传算法的协同干扰资源分配问题研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3176-3189. |
| [11] | 刘翔, 金乾坤. 基于PAC-Bayes的多目标强化学习A2C算法研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3212-3223. |
| [12] | 杨兰英, 李超, 邹海锋, 万江涛, 张仁强, 刘惠, 卢宏. 基于改进蚁群算法与A*算法相融合的机器人路径规划优化[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2956-2965. |
| [13] | 苏筱婷, 张小威, 田义, 李奇, 王帅豪. 星光导航动态仿真场景时序设计方法研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2946-2955. |
| [14] | 张志利, 刘瑾, 周召发, 梁哲, 张云昊. 基于ISCSO-BP神经网络模型的光纤陀螺温度补偿技术研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2904-2917. |
| [15] | 陈际同, 周佳加, 吴迪, 江海龙. 基于TD3-RRT的特殊环境下USV路径规划算法研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2888-2903. |
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