Имитация роста растений
Моделирование роста растений является важной задачей в системной биологии и математической биологии , которая стремится воспроизвести морфологию растений с помощью компьютерного программного обеспечения. Электронные деревья (e-trees) обычно используют L-системы для моделирования роста. L-системы очень важны в области науки о сложности и A-жизни . Универсально принятая система для описания изменений в морфологии растений на клеточном или модульном уровне еще не разработана. [1] Наиболее широко применяемые алгоритмы генерации деревьев описаны в статьях «Создание и рендеринг реалистичных деревьев» и «Рендеринг деревьев в реальном времени».
Реалистичное моделирование роста растений имеет большое значение для биологии, а также для компьютерных игр.
Теория + Алгоритмы
Биолог Аристид Линденмайер (1925–1989) работал с дрожжами и нитчатыми грибами и изучал закономерности роста различных типов водорослей, таких как сине-зеленые бактерии Anabaena catenula . Первоначально L-системы были разработаны для формального описания развития таких простых многоклеточных организмов и для иллюстрации соседских отношений между растительными клетками. Позже эта система была расширена для описания высших растений и сложных ветвящихся структур. Центральным для L-систем является понятие переписывания, где основная идея заключается в определении сложных объектов путем последовательной замены частей простого объекта с использованием набора правил переписывания или производств. Переписывание может осуществляться рекурсивно. L-системы также тесно связаны с кривыми Коха .
Взаимодействие с окружающей средой
Задача моделирования растений заключается в последовательной интеграции факторов окружающей среды, таких как окружающие растения, препятствия, доступность воды и минералов, а также условия освещения. По сути, попытка создания виртуальных сред с максимально возможным количеством параметров, таким образом, не только моделируя рост растения, но и среду, в которой оно растет, и, по сути, целые экосистемы. Изменения в доступности ресурсов влияют на рост растений, что, в свою очередь, приводит к изменению доступности ресурсов. Для эффективного моделирования этих рекурсивных взаимодействий рекурсивных структур потребуются мощные модели и мощное оборудование.
Программное обеспечение
- OpenAlea: программная среда с открытым исходным кодом для моделирования растений [2] , которая содержит L-Py, реализацию систем Lindenmayer на Python с открытым исходным кодом [3]
- Ветвление: дерево L-системы. Java-апплет и его исходный код ( с открытым исходным кодом ) моделирования роста ботанического дерева с использованием L-системы.
- Arbaro- с открытым исходным кодом
- Treal- с открытым исходным кодом
- L-образная оправка
- Бытие 3.0
- AmapSim - от Cirad
- ГринЛаб
- ONETREE - В комплекте с CDROM идет измеритель CO2 , который подключается к локальному последовательному порту. Именно он контролирует скорость роста деревьев. Фактический уровень углекислого газа прямо на компьютере контролирует скорость роста этих виртуальных деревьев.
- Силовая установка
см. Сравнение генераторов деревьев и Обзор моделирования и рендеринга деревьев
Смотрите также
Внешние ссылки
- Статья Дэвида Дж. Райта о L-системах
- Алгоритмическая ботаника в Университете Калгари
- Лаборатория AMAP (botAnique et bioinforMatique de l'Architecture des Plantes)
Ссылки
- ^ "Имитация роста растений". Архивировано из оригинала 2009-12-09 . Получено 2009-10-18 .
- ^ Прадаль, Кристоф; Фурнье, Кристиан; Вальдюрье, Патрик; Коэн-Булакиа, Сара (2015). "OpenAlea". Труды 27-й Международной конференции по управлению научными и статистическими базами данных (PDF) . стр. 1–6. doi :10.1145/2791347.2791365. ISBN 9781450337090. S2CID 14246115.
- ^ Будон, Фредерик; Прадаль, Кристоф; Кокелар, Томас; Прусинкевич, Пшемыслав; Годин, Кристоф (2012). "L-Py: фреймворк моделирования L-систем для моделирования разработки архитектуры растений на основе динамического языка". Frontiers in Plant Science . 3 : 76. doi : 10.3389/fpls.2012.00076 . PMC 3362793 . PMID 22670147.
