基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型
2014年9月
农业机械学报
第45卷第9期
doi ：10．6041/j．issn．1000-
1298．2014．09．042基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型
*
张
新
1
赵燕东
1
郑力嘉
2
Martin Kraft 3
（1．北京林业大学工学院，北京100083；2．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；
3．德国联邦农业、林业和渔业研究所农业技术分所，布伦瑞克38116）
摘要：采用基于激光斜射测距原理的三维扫描装置实时获取植株三维图像，从中提取叶面卷曲统计指数、分形维数和二维傅里叶变换直流分量作为萎蔫指数来定量研究植物的萎蔫程度，采用西葫芦、葫芦、南瓜及秋葵4种植物的嫩叶期体态变化检验了3种萎蔫指数与萎蔫程度的相关性，结果表明：3种萎蔫指数与萎蔫程度均具有较好的相关性，相关系数都达到了0.82以上。在此基础上，运用SPSS 软件建立了3种萎蔫指数与环境饱和水气压差VPD 及光合有效辐射的多元线性回归统计模型。关键词：植物叶片
萎蔫指数
三维图像
机器视觉
中图分类号：TP391.41；S314
文献标识码：A
文章编号：1000-1298（2014）09-0260-08收稿日期：2013-07-03修回日期：2013-08-22*国家自然科学基金资助项目（31371537）、农业科技成果转化资金资助项目（2012GB23600634）和国际科技合作专项资助项目（2010DFA34670）
作者简介：张新，博士生，主要从事智能检测与控制研究，
E-mail ：qababab@126．com 通讯作者：赵燕东，教授，博士生导师，主要从事智能检测与控制研究，
E-mail ：yandongzh@bjfu．edu．cn 引言
机器视觉是用机器代替人眼来对物体进行测量
与特征判断。基于二维图像的机器视觉主要辨识特征是颜色，它在植物营养亏缺方面已经获得了较多的应用。然而，对于植物水分亏缺的观测，叶片颜色的改变表明植物生理上已经受到了一定程度的危害［1－3］
。因此，植物水分亏缺症状的早期判别显得尤为必要
［4－7］
。近年来随着三维图像获取技术日新
月异的发展，三维机器视觉在工业与农业上的应用
已经成为一个新的技术生长点。与二维机器视觉不同的是，三维视觉可以从植物形态的变化上做出判据。一旦植物生长过程中出现亏水胁迫，必定首先
在体态上做出快速响应［8－10］
。例如，很多植物在体
内不缺水时，它们的叶片是自然舒展的，当冠层蒸腾
量大于根吸水时，叶片开始出现萎蔫。因此应用机
器视觉方法实现植物萎蔫信息的早期识别，对于植物需水信息的诊断与精细节水灌溉均有重要价值
［11－13］
。本文采用三维扫描装置实时获取4种植株的三
维图像，定义叶面卷曲统计指数、分形维数和二维傅里叶变换直流分量作为萎蔫指数来定量研究植物的萎蔫程度，检验3种萎蔫指数与萎蔫程度相关性，并且建立萎蔫指数和环境参数的多元线性回归统计模型。
1植物体态萎蔫指数
根据所得到的叶片三维数据的特点，定义了叶
面卷曲统计指数、分形维数、二维傅里叶变换直流分量3种萎蔫指数来定量研究植物的萎蔫程度。1.1叶面卷曲统计指数
将不同凹凸程度叶片卷曲样本视为一类具有某种随机分布特征的空间高度数据集合，定义以标准方差作为描述叶面形态的萎蔫指数（Statistical index of wilt-induced leaf ，SIWL ）［14］。
S IWL =
1
mn －1∑m i =1∑n
j =1
（Z ij －Z ）槡
2（1）其中Z =
1
mn －1
∑m
i =1∑n
j =1
Z ij （2）
式中
S IWL ———萎蔫指数
m 、n ———x 轴、y 轴方向上的步进测量点数Z ij —
——叶面任意采样点（x i ，y j ）的地面相对高度
1.2
分形维数
运用三维盒计数法计算分形维数，首先根据植物叶片占据的三维空间范围构建出一个三维立方
体。当一个立方体在规定的坐标系内被建立之后，该立方体的8个角点就被赋予了坐标值。而后，按照不同的尺度对该立方体进行三维等尺度的网格划
分，若将每边等分成若干份，则将立方体分为若干个相等的小立方体。这时，每一个小立方体的8个角点上也被赋予了坐标值。然后计算被测植物叶片占据的小立方体数目。由于植物叶片的三维坐标已经由三维激光扫描仪系统测得，把植物叶片和植物叶片到X－Y平面的投影看作一个封闭的三维区域。叶片的X轴范围为0 56mm，Y轴为0 54mm，高度（即Z轴）范围为0 30mm。首先选择一个边长为64mm的正立方体，那么植物的叶片和投影构成的封闭区域就在这个立方体内。边长缩小1/2变为32mm，此时有8个小立方体，同时可以获得每个小立方体8个角点的坐标。分别判断每个小立方体的下表面的4个顶点的坐标是否小于相对应的植物叶片的高度，如果4个顶点的坐标中有任意一个小于植物叶片的高度，则认为叶片所形成的三维立体空间包含这个小立方体。统计小立方体边长从1 64mm（其边长取值为2的n次幂，n=0，1，2…），对应被叶片所形成的三维立体空间包含的小立方体的数目。得到对应的小立方体个数Q和边长r的对应关系，并对其取对数，由三维盒计数法即可得叶面分形维数［15－16］
D=lim
r→0
lg Q
lg（1/r）
=lim
r→∞
lg Q
lg r
（3）
1.3二维傅里叶变换
傅里叶谱方法的数学意义是：当叶片出现萎蔫时，如果叶片的形态从舒展转向萎蔫，表明了三维曲面各点的斜率发生了不同程度的改变，从傅里叶谱看，其低频谱将减小，高频谱将增加。因此，通过谱分解可以得到一个叶片萎蔫指数［17－18］。
利用傅里叶变换技术可将空间域的频率信息很方便地在傅里叶频谱图中提取出来。对于植物叶片的三维信息，在分析其结构特征时，可以用二维傅里叶变换将空间域转换为频率域，并加以分析，很方便地提取出所需要的特征信息。
二维离散傅里叶变换和反变换的数学表达式为
F（u，v）=
1
MN
∑M－1
x=0
∑N－1
y=0
f（x，y）e－j2π（ux/M+vy/N）（4）
f（x，y）=∑∑F（u，v）e j2π（ux/M+vy/N）（5）式中M、N———x、y轴方向的步进点数
二维傅里叶变换前后的图像如图1所示，图1c
为二维傅里叶变换的频谱图，图像特点为大部分频
率对应的幅值都很小，但是频率为零点处幅值突然
出现一个最高点，即直流分量幅值最大，该点的值表
征了频率为零点的个数，对于此研究的数据，当叶片
发生萎蔫时叶片的曲率会增大，从而变化率也会变
大，频率为零的点减少，直流分量的值会减小。因此，可以用二维傅里叶变换后的直流分量的大小来考察叶片的萎蔫程度，看两者是否呈负相关性
。
图1二维傅里叶变换
Fig．12-D Fourier transform
（a）二维图片（b）三维重构图（c）二维傅里叶变换后的图像
2数据获取
实时三维叶片图像可以通过激光斜射方法获取。它除了测量精度高，对日光干扰不敏感之外，还可以不触及叶片，因此不扰动被测对象。对于三维图像的信息处理方法，是机器视觉方法的关键［19］。
2.1实验设备
激光扫描仪系统由德国波恩大学农业工程研究所和中国农业大学精细农业中心合作研制。它除了测量结果可支持三维数据分析之外，这种非接触式测量方法还具有扫描过程中不影响物体形态、不损伤测量表面、分辨力高与测量准确、快速等诸多优点。在农业领域已被应用于耕作农田土壤表面粗糙度测量与活立木生物质容积质量测量。
2.2实验材料
选用西葫芦、葫芦、南瓜、秋葵作为实验对象，如图2所示（4种植物并不是同时种值的，图中只列出了3盆植物），这4种植株均属于藤蔓类植物，其叶片宽大，舒展，并且对土壤水分、光照与生长温度的变化较敏感，萎蔫变化程度明显
。
图2实验材料
Fig．2Experiment materials
2.3实验方法
2013年4月 6月期间，选取4种植物，种植在北京林业大学温室内，14d出苗，14d后在室温为25 40?下，运用激光扫描仪第1次采集植物的三维数据，实验环境如图3所示（由于激光扫描仪长度有限，每次选3盆相同植物）。同时，运用数据采
162
第9期张新等：基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型
集器连接多个传感器采集温室内的环境参数，运用
美国AVALON 公司生产的AV-19Q 型光合有效辐射传感器采集室内光照，北京中西远大科技有限公
司生产的TH44-PHQS 型大气湿度传感器采集空气湿度、北京捷美创芯电子科技有限公司生产的
DS18B20型温度传感器采集环境温度和土壤温度。在整个数据采集过程中将土壤含水率控制在田间持水量附近（体积含水率约30%）
。
图3
实验环境Fig．3
Experiment environment
实验从每天早上7：00开始，选取每一植株最上层未被遮挡的一片完整嫩叶为实验对象，以植物叶片尚未萎蔫时为测量的开始点，每间隔10min 测量一次，至傍晚叶片完全恢复舒展状态时结束测量，可获得多组植物叶片形态测量值。
3
数据处理与分析
3.1
萎蔫指数与萎蔫程度的关系
以西葫芦、葫芦、南瓜及秋葵4种植株为研究对
象，按照一天中不同时刻由叶面不萎蔫到最大萎蔫的顺序，定义萎蔫程度为1 8。选取了多个不同萎蔫程度水平的4种植物叶片形态，依次求取卷曲统计指数、分形维数及二维傅里叶变换直流分量，并将3种萎蔫指数的取值进行归一化处理，得到一天中不同时刻、不同状态的萎蔫指数。以植物萎蔫程度
为横坐标，萎蔫指数为纵坐标，得4种实验植物的3种萎蔫指数与萎蔫程度相关性如表1和图4 6所示。
表1
4种植物相关性对比Tab．1
Linear correlation of four plants
植物种类萎蔫指数拟合曲线相关系数
卷曲统计指数y =0.1554x －0.1830.9793西葫芦
分形维数y =0.1246x －0.05710.8633二维傅里叶变换直流分量y =－0.1851x +1.19280.9733卷曲统计指数
y =0.1351x －0.15290.8285葫芦
分形维数
y =0.1823x －0.3056
0.8477
二维傅里叶变换直流分量y =－0.1334x +1.25410.8279植物种类
萎蔫指数拟合曲线相关系数卷曲统计指数y =0.1763x －0.17310.8504南瓜分形维数y =0.1531x －0.15370.9209二维傅里叶变换直流分量y =－0.1857x +1.37440.8353
卷曲统计指数y =0.124x －0.01890.8832秋葵分形维数
y =0.1601x －0.1971
0.9794
二维傅里叶变换直流分量y =－0.1542x +1.02750.9425
图44种植物的卷曲统计指数与萎蔫程度相关性Fig．4
Correlation of wilting index and wilting degree
（a ）西葫芦
（b ）葫芦
（c ）南瓜
（d ）秋葵
从表1可以看出：西葫芦、葫芦、南瓜、秋葵的3种萎蔫指数与萎蔫程度具有很好的相关性，相关系数均达到了0.8279以上，由此可知：用卷曲统计指数、分形维数及二维傅里叶变换直流分量作为植物
萎蔫程度的量化评判指标是可行的。
3.2基于萎蔫指数与环境因素的多元回归统计模型植株的萎蔫与环境因素（环境温度、环境湿度、光合有效辐射及土壤含水率等）密切相关。在试验
262农业机械学报2014年
图54种植物的分形维数与萎蔫程度相关性Fig．5
Correlation of wilting index and wilting degree
（a ）西葫芦
（b ）葫芦
（c ）南瓜
（d ）
秋葵
图64种植物的二维傅里叶变换直流分量与萎蔫程度相关性Fig．6
Correlation of wilting index and wilting degree
（a ）西葫芦
（b ）葫芦
（c ）南瓜
（d ）秋葵
过程中，保持土壤含水率稳定，并用饱和水气压差VPD 来表征环境温湿度，这样饱和水气压差VPD 和光合有效辐射是对植物萎蔫程度起主要作用的2个因素。
饱和水气压差计算式为
V PD =（1－ＲH /100）e a
（6）其中e a =0.6108e 17.27T/（T +273.3）
（7）
式中
e a ———饱和水气压，kPa ＲH —
——空气平均相对湿度，%T ———气温，?
本文针对西葫芦、
葫芦、南瓜及秋葵4种植株，在晴天和阴天情况下研究其3种萎蔫指数与环境因素的关系，实验结果如图7 10所示。
从图7 10的数据可以看出3种萎蔫指数一整天的变化趋势与环境因素的变化趋势基本一致，具
有很强的相关性。
由以上实验可以看出：在保证土壤含水率稳定
的前提下，植物叶片萎蔫程度的变化主要受到VPD 和光合有效辐射2个变量的影响。对3种萎蔫指数分别结合VPD 和光合有效辐射使用SPSS 软件对其进行多元线性回归统计相关性分析
［20］
，将3种萎蔫
指数作为因变量，
VPD 和光合有效辐射作为自变量和，得到模型的回归系数表，从回归系数表可以得到每种萎蔫指数的多元回归统计模型，其中，y 为植物的萎蔫指数，
x 1为VPD ，x 2为光合有效辐射。由表2、3可知，在饱和水气压和光合有效辐射已知的情况下，可通过多元回归统计模型计算出植
物的萎蔫指数理论值，并与实际计算值进行对比，可以验证模型的准确性。此处以西葫芦（晴天）的多元回归模型为例进行说明。此模型是以2013年5
3
62第9期张新等：基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型
图7
环境因素与萎蔫指数一天的变化（西葫芦）
Fig．7
Changes of environmental parameters and wilting indices （zucchini ）
（a ）环境因素，晴天
（b ）环境因素，阴天
（c ）萎蔫指数，晴天
（d ）萎蔫指数，
阴天
图8
环境因素与萎蔫指数一天的变化（葫芦）
Fig．8
Changes of environmental parameters and wilting indices （gourd ）
（a ）环境因素，晴天
（b ）环境因素，阴天
（c ）萎蔫指数，晴天
（d ）萎蔫指数，阴天
表2
萎蔫指数与环境参数的多元回归模型（晴天）
Tab．2
Multiple linear regression models relating the wilting index to environmental parameters （sunny day ）
植物种类萎蔫指数
多元回归模型
叶面卷曲统计指数
y =－0.018+0.010x 1+0.018x 2西葫芦
分形维数
y =1.702+0.234x 1+0.001x 2
二维傅里叶变换直流分量y =2500.167－557.652x 1－1158.150x 2
叶面卷曲统计指数
y =0.341+0.047x 1+0.063x 2葫芦
分形维数
y =1.342+0.324x 1+1.232x 2
二维傅里叶变换直流分量y =1828.067－218.107x 1－127.297x 2
植物种类萎蔫指数多元回归模型
叶面卷曲统计指数
y =－0.021+0.008x 1+0.026x 2南瓜
分形维数
y =1.762+0.114x 1－0.095x 2
二维傅里叶变换直流分量y =2325.726－420.112x 1+1306.679x 2
叶面卷曲统计指数
y =－0.034+0.017x 1+0.005x 2秋葵
分形维数
y =2.175+0.198x 1－1.292x 2
二维傅里叶变换直流分量y =3096.06－599.142x 1－710.459x 2
月18日实验数据为基准建立的，取2013年5月22
日同一叶片实验数据代入模型计算，同时直接计算其3种萎蔫指数，结果如表4所示。其他3种植物
以及天气状况为阴天的验证方法与之类似，此处不
再赘述。
462农业机械学报2014年
图9
环境因素与萎蔫指数一天的变化（南瓜）
Fig．9
Changes of environmental parameters and wilting indices （pumpkin ）
（a ）环境因素，晴天
（b ）环境因素，阴天
（c ）萎蔫指数，晴天
（d ）萎蔫指数，
阴天
图10
环境因素与萎蔫指数一天的变化（秋葵）
Fig．10
Changes of environmental parameters and wilting indices （okra ）
（a ）环境因素，晴天
（b ）环境因素，阴天
（c ）萎蔫指数，晴天
（d ）萎蔫指数，阴天
表3
萎蔫指数与环境参数的多元回归模型（阴天）
Tab．3
Multiple linear regression models relating the wilting index to environmental parameters （cloudy day ）
植物种类萎蔫指数
多元回归模型
叶面卷曲统计指数
y =0.001+0.001x 1－0.004x 2西葫芦
分形维数y =2.216+0.105x 1－0.179x 2二维傅里叶变换直流分量y =391.667－14.271x 1－49.070x 2叶面卷曲统计指数
y =0.007+0.001x 1－0.013x 2葫芦
分形维数
y =1.991+0.376x 1－1.678x 2
二维傅里叶变换直流分量y =1661.026－164.344x 1+334.120x 2植物种类萎蔫指数多元回归模型
叶面卷曲统计指数
y =0.006+0.008x 1－0.059x 2南瓜
分形维数y =2.151+0.125x 1－0.634x 2二维傅里叶变换直流分量y =1223.449－375.117x 1+2969.009x 2
叶面卷曲统计指数
y =－0.029+0.001x 1+0.107x 2秋葵
分形维数
y =1.795+0.040x 1+0.956x 2
二维傅里叶变换直流分量y =2348.840－78.937x 1－2323.160x 2
通过表4可以看出，由回归模型计算的理论值
与实验计算值的百分比误差都较小，事实上，在通过对4种植物在多个晴天和阴天的一系列值进行计算
验证表明，除极少数点误差较大之外，平均误差低于
4.8%，因此说明，本文建立的萎蔫指数与环境参数的多元回归模型是准确的。
5
62第9期张新等：基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型
表4多元回归模型的验证（西葫芦，晴天）
Tab．4Verification of multiple linear regression models（Zucchini，sunny day）
VPD /kPa 光合有效辐射
/（W·m－2）
叶面卷曲统计指数分形维数二维傅里叶变换直流分量理论值实际值理论值实际值理论值实际值
1.84240.2200.00430.0040
2.135 2.1451218.0122
3.0
2.05950.2420.00690.0065 2.186 2.1971071.41022.0 2.38620.3030.01130.0095 2.263 2.254818.6811.7 2.64080.3550.01470.0135 2.323 2.311616.4685.4
2.76040.3480.01590.0161 2.351 2.367557.8567.7
3.10910.2600.01770.0167 2.429 2.424465.3487.5
4结束语
数据分析显示，针对所选取的具有不同叶片形态的西葫芦、葫芦、南瓜和秋葵4种植物样品，本文所定义的3种萎蔫指数：叶面卷曲统计指数、分形维数、二维傅里叶变换直流分量与植物的萎蔫程度均有较好的线性相关性。其中西葫芦叶面卷曲统计指数的决定系数为0.9793，秋葵分形维数的决定系数为0.9794，西葫芦二维傅里叶变换直流分量的决定系数为0.9733，都具有很好的线性度，并且最低的决定系数也达到了0.82。表明使用这3种萎蔫指数来评估植株的萎蔫程度的变换规律是可行的。此外，通过对3种萎蔫指数的变化趋势与各种环境因素的变化趋势进行定量分析，结果表明萎蔫指数与饱和水气压差VPD、光合有效辐射有很强的相关性，在此基础上，根据多元回归统计模型建立的萎蔫预测模型，为将植物直接作为体现其自身亏水胁迫程度的生物传感器，提供了一个定量化指标。
参考文献
1谢小玉，张霞，张兵．油菜苗期抗旱性评价及抗旱相关指标变化分析［J］．中国农业科学，2013，46（3）：476－485．Xie Xiaoyu，Zhang Xia，Zhang Bing．Evaluation of drought resistance and analysis of variationof relevant parameters at seedling stage of rapeseed（Brassica napus L．）［J］．Scientia Agricultura Sinica，2013，46（3）：476－485．（in Chinese）
2段建丽．干旱胁迫对桑树生理的影响［D］．镇江：江苏科技大学，2007．
3徐雨晴，陆佩玲，于强．气候变化对植物物候影响的研究进展［J］．资源科学，2004，26（1）：129－136．Xu Yuqing，Lu Peiling，Yu Qiang．Ｒeview andprospect in the researches of influence of climate change on plant phenology［J］．Ｒesources Science，2004，26（1）：129－136．（in Chinese）
4陈雅君，冯淑华，陈桂芬．植物抗旱性鉴定指标的研究现状与进展［J］．中国林副特产，2005（6）：62－63．
5Jongdee B，Fukai S，Cooper M．Leaf water potential and osmotic adjustment as physiological traits to improve drought tolerance in rice［J］．Field CropsＲesearch，2002，76（2）：153－163．
6Lilley J M，Ludlow M M．Expression of osmotic adjustment and dehydration tolerance in diverse rice lines［J］．Field Crops Ｒesearch，1996，48（2）：185－197．
7Turner N C，O'Toole J C，CruzＲT，et al．Ｒesponses of seven diverse rice cultivars to water deficitsⅠ．Stress development，canopy temperature，leaf rolling and growth［J］．Field CropsＲesearch，1986，13：257－271．
8彭文，李庆武，霍冠英，等．基于计算机视觉的植物水分胁迫状况监测方法［J］．科学技术与工程，2013，13（9）：2313－2317，2330．
Peng Wen，Li Qingwu，Huo Guanying，et al．Monitor method of plant water stress based on computer vision［J］．Science Technology and Engineering，2013，13（9）：2313－2317，2330．（in Chinese）
9马稚昱，清水浩，辜松．基于机器视觉的菊花生长自动无损监测技术［J］．农业工程学报，2010，26（9）：203－209．Ma Zhiyu，Hiroshi Shimizu，Gu Song．Non-destructive measurement system for plant growth information based on machine vision ［J］．Transactions of the CSAE，2010，26（9）：203－209．（in Chinese）
10谭峰，高艳萍．基于图像的植物叶面积无损测量方法研究［J］．农业工程学报，2008，24（5）：170－173．Tan Feng，Gao Yanping．Investigation of the method for non—destructive measurement of leaf area based on image［J］．Transactions of the CSAE，2008，24（5）：170－173．（in Chinese）
11张启灿，苏显渝．动态三维面形测量的研究进展［J］．激光与光电子学进展，2013，50（1）：1－14．Zhang Qican，Su Xianyu．Ｒesearchprogress of dynamic three-dimensional shape measurement［J］．Laser＆Optoelectronics Process，2013，50（1）：1－14．（in Chinese）
12Omasa K，Hosoi F，Konishi A．3D lidar imaging for detecting and understanding plant responses and canopy structure［J］．Journal of Experimental Botany，2007，58（4）：881－898．
13Kacira M，Ling P P，Short T H．Machine vision extracted plant movement for early detection of plant water stress［J］．Transactions of the ASAE，2002，45（4）：1147－1153．
662农业机械学报2014年
14
张慧娟，赵燕东，
孙宇瑞，等．基于3-D 图像的植物亏水胁迫萎蔫体态辨识方法［J ］．农业机械学报，2011，42（1）：154－158．Zhang Huijuan ，Zhao Yandong ，Sun Yurui ，et al．Identification of plant morphology wilt-induced by water stress with 3-D based
image ［J ］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ，2011，42（1）：154－158．（in Chinese ）
15
赵燕东，
刘贺，刘卫平．基于叶片分形维数的植物亏水胁迫萎蔫体态测量方法［J ］．农业工程学报，2011，27（9）：191－195．Zhao Yandong ，Liu He ，Liu Weiping．Measurement of plant leaf physical configuration under water deficit stress using fractal dimension ［J ］．Transactions of the CSAE ，2011，27（9）：191－195．（in Chinese ）
16孙博文．分形算法与程序设计［
M ］．北京：科学出版社，2004．17
陈莉，宋广礼．二维傅里叶变换在针织物的密度测量中的应用［
J ］．东华大学学报：自然科学版，2004，30（5）：69－72．Chen Li ，Song Guangli．Measuring thedensity of knitted fabric with 2D Fourier transform techniques ［J ］．Journal of Donghua University ：Natural Science ，2004，30（5）：69－72．（in Chinese ）
18
林谦，
周绍祥．二维傅里叶变换法三维曲面检测［J ］．测试技术学报，1999，13（1）：13－16．Lin Qian ，Zhou Shaoxiang．2-D Fourier-transform profilometry of fringe-pattern analysis ［J ］．Journal of Test and Measurement
Technology ，1999，13（1）：13－16．（in Chinese ）
19
蔡祥，
孙宇瑞，林剑辉，等．基于激光反射的土壤表面粗糙度测量装置设计与试验［J ］．农业机械学报，2010，41（1）：68－71．Cai Xiang ，Sun Yurui ，Lin Jianhui ，et al．Design of a laser scanner for characterizing soil surface roughness ［J ］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ，2010，41（1）：68－71．（in Chinese ）
20
王力宾．多元统计分析［
M ］．北京：经济科学出版社，2010．Prediction Model of Plant Leaf Wilting Using 3-D Machine Vision
Zhang Xin 1
Zhao Yandong 1
Zheng Lijia 2
Martin Kraft 3
（1．School of Technology ，Beijing Forestry University ，Beijing 100083，China
2．College of Information and Electrical Engineering ，China Agricultural University ，Beijing 100083，China
3．Thuenen Institute of Agricultural Technology ，German Federal Ｒesearch Institute for Ｒural Areas ，
Forestry and Fisheries ，Braunschweig 38116，Germany ）
Abstract ：Wilting of plants appears when the water supply of plants is insufficient．Quantitative identification of wilting phenomena of plant stems ，leaves and other parts is of important practical significance to improve agricultural production and efficient water irrigation．A scanning device based on the principle of laser ranging oblique is used to obtain real-time 3-D plant images．Then leaf curl
statistical index ，fractal dimension and the DC component of two-dimensional Fourier spectrum were
extracted as wilting index to quantify the degree of wilting plants．Three kinds of wilting indexes were tested on zucchini ，gourds ，pumpkins and okra leaves to find out the correlations with wilting extent．The experiments show that each wilting index had a good correlation with wilting extent （0.82or more are reached ）．On this basis ，a multiple linear regression model of three kinds of wilting indexes ，vapor pressure deficit （VPD ）and photosynthetically active radiation （PAＲ）was built．Key words ：Plant leaf Wilting index 3-D image Machine vision
7
62第9期张新等：基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型
7年级生物组“植物细胞立体模型制作大赛”活动方案
东营市实验中学七年级 “植物细胞立体模型制作大赛”活动方案 一、活动目的 为了提高学生学习生物的兴趣，培养学生的创造性思维和动手能力，开发学生的空间想象力，健全面向未来的教学体系，丰富校园文化氛围，结合课堂学习的有关植物细胞结构的知识，在七年级举行“植物细胞立体模型制作大赛”活动。 二、活动宗旨 为学生生物素养的发展提供平台，让学生学生物、爱生物，在活动中，充分展示自己。 三、参加范围 学生：七年级全体学生，可独立完成可小组合作 辅导教师：七年级全体生物老师 四、活动方案 1、动员辅导：9月28号-30号任课教师在各班布置活动的方案,介绍制作方法及所用材料（利用纸盒、泡沫塑料、橡皮泥、豆子等）。 2、作品上交： 以班级为单位于10月10号前上交任课老师处，作品一定要注明班级和制作人。 3、评选方法： （1）初选：任课教师在每个班级中，择优选出一等奖3个二等
奖4个三等奖5个 （2）终选：聘请年级评委，按学生上交作品的30%、30%、40%的比例评出一、二、三等奖。 4、评分标准（满分10分）： （1）植物细胞各部分结构齐全（4分） （2）符合植物细胞的形态特点（2分） （3）有创意（2分） （4）美观（1分） （5）用材恰当（1分） 5、评选时间：10月11-10月14号 6、优秀作品展示： （1）时间：10月17-10月28号 （2）地点：南校区第一教学楼一楼阅览室 （3）方式：①制作展板，展示优秀作品 ②制作PPT，发全校师生观看 7、活动后总结与反思 活动结束后一周，总结本次学科活动的得与失，为以后其他学科活动的顺利开展总结经验 7年级生物教研组 2016．9．25
各类三维设计软件介绍讲课教案
各类三维设计软件介 绍
三维设计软件现在有好多的，不过目前用的最多的是SolidWorks软件。SolidWorks的设计思路十分清晰，设计理念容易理解，模型采用参数化驱动，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程，生成三维零件和装配体模型；再根据工程实际需要做出不同的二维视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图。从几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。 PRO/E, 还有MAYA,caxa,sketch up(参数很少,小巧)Auto CAD (三维功能太弱,算不上三维设计软件,平面才是它的天下),SolidWorks,草图大 师,3ds(三维渲染很强) 目前常用三维软件很多，不同行业有不同的软件，各种三维软件各有所长可根据工作需要选择。比较流行的三维软件如：Rhino（Rhinoceros犀牛）、Maya、3ds Max、Softimage/XSI、Lightwave 3D、Cinema 4D、PRO-E等 Maya 是一个包含了许多各种内容的巨大的软件程序。对于一个没有任何使用三维软件程序经验的新用户来说，可能会因为它的内容广泛、复杂而受到打击。对于有一些三维制作经验的用户来说，则可以毫无问题地搞定一切。Maya的工作流程非常得直截了当，与其它的三维程序也没有太大的区别。只需要熟悉一至两个星期，你就会适应Maya的工作环境，因而可以更深一步的探究Maya的各种高级功能，比如节点结构和Mel脚本等。 Softimage/XSI 是一款巨型软件。它的目标是那些企业用户，也就是说，它更适合那些团队合作式的制作环境，而不是那些个人艺术家。籍此原因，我个人认为，这个软件并不特别适合初学者。XSI将电脑的三维动画虚拟能力推向了极至。是最佳的动画工具，除了新的非线性动画功能之外，比之前更容易设定Keyframe的传统动画。是制作电影，广告，3D，建筑表现等方面的强力工具。 Lightwave 对于一个三维领域的新手来说，Lightwave非常容易掌握。因为它所提供的功能更容易使人认为它主要是一个建模软件。对于一个从其它软件转来的初学者，在工具的组织形式上和命名机制上会有一些问题。在Lightwave中，建模工作就像雕刻一样，只需要几天的适应时间，初学者就会对这些工具感到非常地舒服。Lightwave有些特别，它将建模（Modeling：负责建模和贴图）和布局（Layout：动画和特效）分成两大模块来组织，也正是因为这点，丢掉了许多用户。 广泛应用在电影、电视、游戏、网页、广告、印刷、动画等各领域。它的操作简便，易学易用，在生物建模和角色动画方面功能异常强大；基于光线跟踪、光能传递等技术的渲染模块，令它的渲染品质几尽完美。它以其优异性能倍受影视特效制作公司和游戏开发商的青睐。火爆一时的好莱坞大片《TITANIC》中细致逼真的船体模型、《RED PLANET》中的电影特效以及《恐龙危机2》、《生化危机-代号维洛尼卡》等许多经典游戏均由LightWave 3D开发制作完成。 Rhinoceros（Rhino） 是一套专为工业产品及场景设计师所发展的概念设计与模型建构工具，它是第一套将 AGLib NURBS 模型建构技术之强大且完整的能力引进Windows 操作系统的软件，不管您要建构的是汽机车、消费性产品的外型设计或是船壳、机械外装或齿轮、甚至是生物或怪物的外形，Rhino 稳固的技术所提供给使用者的是容易学习与使用、极具弹性及高精确度的模型建构工具。从设计稿、手绘到实际产品，或是只是一个简单的构思，Rhino所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为彩现、动画、工程图、分析评估以及生产用的模型。Rhino 可以在Windows 的环境下创造、编排或是转译NURBS曲线、表面与实体。在复杂度与尺寸上并没有限制。此外，Rhino并可支持多边网格的制作。 Vue 5 Infinite e-on software公司出品。作为一款为专业艺术家设计的自然景观创作软件，Vue 5 Infinite 提供了强大的性能，整合了所有 Vue 4 Pro 的技术，并新增了超过 110 项的新功能，尤其是 EcoSystem 技术更为创造精细的3D环境提供了无限的可能。Vue 5 Infinite 是几个版本中最有效率,也是在建模、动画、渲染等3D自然环境设计中最高级的解决方案.目前国际界内很多大型电影公司,游戏公司或与景观设计相关的行业都用此软件进行3D自然景观开发. Bryce Bryce是由DAZ推出的一款超强3D自然场景和动画创作软件，它包合了大量自然纹理和物质材质，通过设计与制作能产生极其独特的自然景观。这个革命性的软件在强大和易用中间取得了最优化的平衡，是一个理想的将三维技术融合进您的创作程序的方法，流畅的网络渲染、新的光源效果和树木造型库为您开拓创意的新天堂。全新的网络渲染 - 在网络中渲染一系列动画图像或是单张图片，大大节省时间和金钱。 对于机械行业哪种三维设计软件被最多公司应用。是SolidWorks，UG，PRO-E还是什么。
温室植物生长数字化模型构建技术
2010年1月农业机械学报第41卷第1期DO I:10.3969/.j issn.1000-1298.2010.01.030 温室植物生长数字化模型构建技术* 唐卫东1朱平1郭晨1刘昌鑫1李萍萍2卢章平3 (1.井冈山大学信息科学与传媒学院,吉安343009;2.江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部/ 江苏省重点实验室,镇江212013;3.江苏大学图形技术研究所,镇江212013) =摘要> 根据试验观测值提取植物生长特征信息,以累积生长度日为参数构造植物的形态发生模型,采用信息映射与归一化方法对信息进行重构,建立植物生长数字化模型。通过实例验证表明,该方法实现了植物生长受外部环境作用下的动态模拟,为实时掌握与合理决策植物适宜的生长条件提供依据。 关键词:温室植物生长数字化模型 中图分类号:S126;TP391文献标识码:A文章编号:1000-1298(2010)01-0159-04 D igital Construction of P l ant Gro w th M odel i n Greenhouse Tang W eidong1Zhu P i n g1Guo Chen1L i u Changx i n1Li Pingpi n g2Lu Zhangpi n g3 (1.Schoo l of Informati on and M ulti-med i a S cience,J inggangshan University,J i.an343009,Ch i na 2.K ey Laboratory of M odern Agr icultural Equi pm ent and T echnology,M i nistry of Education&J iangsu Province,J iangsu University, Zhenj i ang212013,Chi na3.Institute of Graphics T echnology,J i angsu U ni ver sity,Zhenjiang212013,Ch i na) Abst ract The features o f plant gro w t h cou l d be extracted fro m the experi m ental results,and the m orpho log ica l m odel of p lant cou l d be constructed w ith the para m eter of accumu lative gro w ing degree day.Add itionally, the dig ita l gro w th m ode l o f plant cou l d be perfor m ed using i n for m ation reconstr uction m ethod such as i n f o r m ation nor m a lizati o n and m app i n g process.The experi m ent results show ed that the pr oposed m ethod w as effecti v e in dyna m ically si m ulati n g the plant gro w th under the interacti o n of env iron m en.t It cou l d prov i d e valuab le ev i d ences for rea l ti m e obta i n i n g and deter m ining the proper cond iti o ns for plan t deve l o p m en.t K ey w ords G reenhouse,Plant gro w t h,D i g italization,M ode l 收稿日期:2009-03-20修回日期:2009-05-31 *高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20060299003)、江西省教育厅青年科学基金资助项目(G JJ09591)和江西省教育厅科技计划资助项目(GJJ08417) 作者简介:唐卫东,副教授,博士,主要从事信息可视化、虚拟植物技术、温室环境控制研究,E-m ai:l t wd -1974@126.co m 引言 温室环境调控水平对发挥设施农业优质高效的生产功能具有重要影响。荷兰、日本、美国等发达国家在该领域的研究起步较早,其中一些学者将作物生长模型应用于温室环境控制,对温室作物生长所需环境进行预测[1~5]。然而,在利用作物生长模型对温室作物实施环境调控时,常因模型参数选择不当而使调控效果不佳,信息滞后也影响模型功能和效率,因此在实施作物生产与微观管理方面受限;而采用计算机手段和信息技术,在现代温室可控环境下构建反映植物生长机理的虚拟植物模型[6],则不仅可以实现植物生长信息的数字化,还为温室环境智能控制提供决策依据。目前有关虚拟植物的研究多以农田作物为主,而对温室虚拟植物的研究则不多见,尤其是植物生长数字化及其在温室环境调控中的研究尚未见报道。为此,本文在分析植物受外部环境作用规律的基础上,对温室植物生长数字化方法进行研究,通过温室植物生长的动态模拟,为有效实施现代温室生产与管理提供决策和技术支持。 1植物与外部环境的信息交互 植物在生长过程中离不开光照、温度、湿度、水肥等环境因子的作用,而植物生长同时也对外部环
你不可错过的25款3D建模常用软件
你不可错过的25款免费3D建模常用软件 技术上，三维指的是在三种平面（ X ，Y和Z ）上构造对象。创造三维图形的过程可分为三个基本阶段：三维造型，三维动画和三维渲染。 三维（ 3D ）电脑绘图得到广泛使用，它们在任何地方都可看见，几乎是司空见惯，应用于电影，产品设计，广告,电子等等。虽然它们常见到，但并不意味着它们容易创建。为了交互式控制三维物体，创建3D模型必须使用那些非专业用户少用的3D专业创作工具。 三维模型通常是来源于计算机工程师使用某种工具创建的三维建模。因此创建三维模型是不容易的，而且软件的成本可能要花费一笔资金。另外我们应该去尝试一些实用性的开源三维建模工具。通过网站之间的推广和阅读最终用户的意见和反馈之后，我们为你带来你不应该错过的25个免费3D建模应用程序。清单如下： 1.Blender 一个自由和开放源码的三维建模和动画应用程序，可用于建模，紫外线展开，纹理操纵，水模拟，蒙皮，动画，渲染，粒子和其他仿真，非线性编辑，合成，并建立互动的3D应用程序。 2.K-3D K-3D是免费自由的三维建模和动画软件。其所有内容以采用插件为导向的程序引擎为物色，使K-3D变成一个用途很广，功能强大的软件包。
3.Art of Illusion Art of Illusion 是免费的、开源的3D建模和渲染工作室。一些亮点包括基于细分曲面建模工具，根据骨骼动画，图形和设计语言程序结构和材料。 4.SOFTIMAGE|XSI Mod Tool 一款为那些有志于游戏开发商和模型制作者作出贡献的免费三维建模和动画软件。这款模型工具是一个非商业游戏制作的XSI免费版本。它是每个人游戏、模型、3D等应用的一个必备工具。这款模型工具可插入所有主要的游戏引擎和下一代游戏的开发框架，休闲游戏，现时著称的三维建模，甚至基于Flash 的3D游戏。
植物的认识和分类
植物的认识与分类壹、植物认识篇： 1、前言： 2、与植物共舞：了解营养器官根、茎、叶。 3、花花世界：繁衍器官花、果实、种子。贰、现行台湾植物分类系统介绍： 1、台湾植物分类系统简介与分科。 2、植物科的特征介绍。 参、药用植物分类实例应用： 肆、食用野菜及野果介绍： 伍、有毒植物介绍： 陆、台湾的植物生态： 柒、自我测验： 捌、自我测验答案：
壹、植物认识篇： －植物观察所应具备的认识－谢春万整理 1、前言： 一、分类阶级： 界、门、纲、目、科、属、种 二、生物分界： （一）原核生物界（细菌、蓝绿藻）。 （二）原生生物界（变形虫、纤毛虫）。 （三）真菌界（黏菌、担子菌）。 （四）植物界（湿地松、木棉、五节芒）。 （五）动物界（台湾猕猴、鸟、蝴蝶）。 三、植物界可分成四门： （一）藻类植物门：低等植物，孢子植物（隐花植物），非维管束植物。（二）苔藓植物门：高等植物，孢子植物（隐花植物），非维管束植物。（三）蕨类植物门：高等植物，孢子植物（隐花植物），维管束植物。（四）种子植物门：高等植物，种子植物（显花植物），维管束植物。四、种子植物又可分成： （一）裸子植物（二）双子叶植物（三）单子叶植物。 五、台湾现有植物概况： 可分为：（一）栽培种－外来引进种、栽培改良种。 （二）野生种－原生种（特有种、广泛种）、驯化种。 七、高等植物外观形态分成两大类： （一）营养器官：根、茎、叶，为主要提供植物生长、吸收、固定、支 持、输导与制造养分的器官。 （二）繁殖器官：花、果实、种子，为植物繁殖下一代而特化的器官。
2、与植物共舞：了解营养器官根、茎、叶 八、根：是植物的地下部分，有三个主要功能： （一）把植物固着在土壤中。 （二）从土壤中吸收水分和矿物质。 （三）运输系统的一部分，导管携带水分和矿物质从根送到茎和叶，筛管则从叶子携带养分运送至根的每一部分，部分的根亦可贮 藏养分。 （四）植物的根的发生可分为： （1）初生根：由胚根发育而来，为植物最初的根。 （2）次生根：为初生根的分支。 （3）不定根：是从茎部或叶部生出的根。 九、依根的（变态）种类可分为： （一）气生根：由地面上的茎或枝等生出（榕属植物）。 （二）支持根：自茎上生出的根，向下深入土中后生长加粗，具加强 支持功能者（玉米、甘蔗）。 （三）板根：树木的次根向上渐次生长隆起而作薄板状，露出地面者（银叶树、木麻黄）。 （四）同化根：如风兰属的气根，扁平状，具叶绿素，能吸收空气中的水分，并行光合作用（蜘蛛兰）。 （五）呼吸根：自根上分枝出的根，露于空气中，具吸收氧气的功能（海茄冬）。 （六）攀缘根：藤本植物藉以附着物体以攀爬者（辟荔、爬墙虎）。（七）寄生根：深入寄主植物组织中吸取养分的根（桑寄生）。 （八）块根：其根部肥大而形成养分的储藏器官（甘藷）。 （九）纺锤根：纺锤形，根肥大，贮藏大量的养分（天门冬）。 （十）圆锥根：根圆锥形，根肥大，贮藏大量的养分（胡萝卜）。 十、茎：是植物主要的支撑部分，也是植物运输系统的一部分，亦可用来 贮藏水分和养分。 依茎的形态可分为： （一）直立茎：直立地上不倚靠他物者，茎干通常为圆柱形（凤凰木）。（二）攀缘茎：利用卷须、气根或叶柄攀附他物上升者（黄金葛）。（三）缠绕茎：须缠绕他物使能上升者；缠绕方向又能分为左旋及右旋（槭叶牵牛）。 （四）匍匐茎：茎细长蔓延地面，到处生根（草莓）。 （五）平卧茎：茎之横卧于地面上而节不生根者（西瓜）。 十一、茎的变态： （一）卷须茎：植物的茎上生有由小枝变成的茎卷须，可以缠绕其他物体支持主茎（葡萄）。 （二）肉质茎：植物的茎膨大而柔软多肉，可以储存大量的水分及养分（仙人掌）。
生物人教版七年级上册制作动物和植物细胞的模型
第三节动物细胞 包头市第八中学陈晓燕 一、课标陈述 使用显微镜和制作临时装片。 区别动物细胞、植物细胞结构的主要不同点。 二、学习目标 1、通过复习制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片的步骤和阅读观察人口腔上皮细胞的实 验内容，说出制作人口腔上皮细胞临时在装片实验步骤的“七字诀”； 2、在观看视频演示实验的基础上，学生独立准确完成制作人口腔上皮细胞临时在装片的实验； 3、通过绘制人口腔上皮细胞的图，培养学生实事求是的科学态度； 4、观察多种生物细胞图片后，准确说出动植物细胞在结构上的主要区别，并认同细胞是构成生物体的基本单位； 5、通过阅读“施莱登、施旺与细胞学说”的阅读，了解细胞学说的主要观点，体会科学发展过程中科学家严谨的科学态度、科学与技术相互促进等。 三、课时：1课时 四、落实目标的评价方案 1、通过复习，学生准确说出对制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片步骤的“七字诀”，在通过阅读观察人口腔上皮细胞的实验内容，学生自己总结“七字诀”，并比较说出异同，就达成了目标1。 2、学生在观看演示实验视频后能独立、准确完成实验，并讨论回答问题，就达成目标2. 3、学生能从显微镜中观察到清晰的口腔上皮细胞，并实事求是画图（不能照教材画），即可达成目标3。 4、教师出示各种生物细胞的图片，学生能够仔细观察并说出动植物细胞的主要区别，并说出细胞是构成生物体的基本单位，也能说出病毒不具有细胞结构。这样即可达成目标4. 5、学生阅读“施莱登、施旺与细胞学说”，简述细胞学说的主要内容，能交流说出科学研究要有严谨的科学态度、科学与技术相互促进等就可达成目标5。 6、通过“开心选答”环节，继续巩固达成的目标1-4。 五、教学准备 视频（制作人口腔上皮细胞临时装片），多种动植物细胞的图片，细菌、真菌细胞的图片实验材料：生理盐水、稀碘液、体积分数为2%的蓝墨水、消毒牙签、滴管、纱布、镊子、吸水纸、载玻片、盖玻片、显微镜。 六、教学设计 【旧知复习】 学生说出制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片的步骤“七字诀”及植物细胞的基本结构。 教师提问是不是所有的植物细胞都有叶绿体？（如洋葱鳞片叶内表皮细胞无叶绿体。）植物的细胞是看过了，想不想看看自己的细胞？ 【课件投影】教材P46-47的实验内容 1.仿照洋葱“七字诀”自己从实验步骤中找出口腔上皮细胞的“七字诀”。 2.对比两个实验步骤的异同，分析不同之处，简述为什么那样做。 教师可适时提问：①为什么滴生理盐水？（可在观察后说出原因）②为什么要漱口？ ③用什么刮？刮哪？④为什么轻涂几下？⑤怎样盖盖玻片？⑥怎样染色？
(完整版)三维机械设计软件对比
三维机械设计软件对比 一、如果你是机械设计，那么强烈推荐学习SolidWorks 这个软件的最新版本是SolidWorks 2010，但笔者推荐使用SolidWorks 2008 因为这个版本比较稳定。SolidWorks 有以下几大优点： 1、软件的亲和力比较好； 2、容易上手，特别适合初学者； 3、其它主流三维软件有的功能它都有。 这个软件的缺点是对电脑的要求比较高。 二、如果你是模具设计推荐你使用pro/E 这个软件使用的人比较多，功能很强大，尤其在曲面生成方面性能优异。缺点是软件的亲和力比较差，初学者比较困难。 三、如果你是经常和数控机床打交道的，那么推荐你学习UG 这个软件在和数控编程的结合方面有非常优异的其特色。 ?目前国内外的三维设计软件主要有来自美国PTC公司的高端Pro/E, 美国UGS公司的高端UG 和中端Solidedge，法国Dassault公司的高端CATIA和中端Solidworks，以及Autodesk 公司的Inventor。同时，这两年国内院校开发的北航海尔CAXA在低端市场也占有一定份额。 根据调研结果，下面将这几个软件从公司背景到产品功能做个系统的比较，便于最终决策。 公司、软件背景 PTC：美国公司，有三维设计软件Pro/E和产品数据管理软件Windchill，以一体化的产品 解决方案而著称业界。从三维设计、分析、仿真/优化、数控加工、布线系统到产品数据管理 等各方面都有相应模块，产品覆盖企业设计/管理全流程。它的销售方式是根据企业不同阶段、 不同层次的需求，购买相应的模块，逐步扩充形成完整的产品研发系统，保证了企业在 CAD/CAE/CAM/PLM方面有统一的数据平台。 PTC公司成立于1989年，是目前三大设计软件公司最年轻的，拥有最先进的技术，公司名称为参数技术公司，在美国Nasdaq上市，其Pro/E软件以参数化、全相关、实体特征设 计文明，在通用机械设计行业占据领先地位。典型用户：卡特匹勒、John-Deer、小松、现 代重工、北起、徐工、宣工、柳工、厦工等。 销售模式：直销/渠道，在中国有6家办事处，215名员工，800免费售后服务热线中心（中国热线中心22个技术支持）。 UGS：美国公司，有高端三维设计软件UG和产品数据管理软件TeamCenter，近年来先后
生物模型制作
生物模型制作 生物模型制作是指学生利用身边的各种材料来制作 些有关生物结构的模型，这些生物模型可以将抽象的知识以形象的物质形式呈现出来。例如动植物细胞模型、花的结构模型等，学生都可以根据课本的文字内容或图片把它们实物化、立体化。在制作过程中学生把各种材料加工成要模拟的生物结构形状，直接构成一个整体的模型。学生在亲自参与制作生物模型以及运用模型演示生物知识的过程中，不仅能加深对知识的理解，巩固和掌握所学知识，更能使自身的动手能力得到培养，从而更好地开发与训练自己的创造力和创新思维。 1 制作生物模型的作用 1.1加深对知识的记忆和理解初中学生对直观的知识掌 握较快，形象思维比较差，对 于抽象的知识掌握得相对较弱。在生物教学中，有些观察对象很小或结构比较复杂，学生不易清楚地观察它们的结构，例如生物细胞的结构。制作模型则将它们放大很多倍，而且能将其中所含的各部分结构明确地表示出来，形象且直观，
使学生迅速地获得有关的知识，从而加深对知识的记忆和理 解。 1.2培养学生的动手能力和创造力 制作不同的生物模型，运用的材料、制作的方法不同。 学生在尝试制作生物模型的过程中，要选择制作的材料，每种模型可能还需要将不同的材料组合到一起，这无疑对学生的动手能力是一种挑战。比如在制作花的模型中，有的学生是将硬一点的纸剪成花瓣的形状，用双面胶粘在一起，但是这样很容易开，组合不到一起去。教师发现后，启发并鼓励学生最终对模型进行了改进，用针线将其缝合到了一起，并用软一点的纸做了一个新的模型。 1.3丰富教学资源许多学生制作的生物模型科学性和准 确性强，并且美 观，这样在以后的教学中教师可以将学生制作的模型作为教 具使用，比如学生制作的屈肘运动的模型。有一学生是用两木棍另一端分别固定两根橡皮绳代表肌肉，演示屈肘和伸肘运动，效果很好，这样的模型在课堂上演示，学生就很容易地理解了。有些学生在制作生物模型时科学性不强，甚至是错误的，比如学生在制作小肠模型时，有些学生做的小肠内表面的环形皱襞方向是错的，也就是说不是环形的，同样教师可以作为反面的教具使用，丰富教学资源。 根木棍代表骨，中间用螺丝固定并可以转动代表关节，两根 2 学生制作生物模型的过程和方法在初中生物教材中有 很多可以制作模型的生物结构，而 且制作同一种结构可以选用不同的材料。
植物的生长过程
植物叶片大多数是深色（例如绿色、蓝色等）．深色的叶片吸收光和热的本领较强．植物通过光合作用可产生淀粉、脂肪、蛋白质等有机物，实现光能转化为化学能，这正好符合能量守恒定律。 植物的根具有向地生长的特性。这是植物对重力发生的反应．土壤中矿物质营养成分必须溶于水后才能被根吸收，这就是扩散现象。 有些植物的花瓣内有芳香腺，通过扩散放出特殊香味，花冠的芳香与彩色适应于昆虫采粉。 植物吸收的水分绝大部分从叶面蒸发到空中，这样可形成一种蒸腾拉力．这种拉力是根系对水分、矿物质养分吸收以及矿物质在植物体内传导的主要动力．植物通过蒸发吸热还可以调节叶面温度，这样，树叶不致于因温度过高而灼伤。 仙人掌生活在干旱的荒漠，它的叶变化成叶刺，通过减小蒸发表面积大大降低水分蒸发。 有些植物的生长还依赖大气压：爬山虎茎上的卷须顶端变成吸盘，依靠大气压吸附在墙壁上或大树上向上生长。 有些植物果实的果皮向外延伸形成翅状，借助风能，飘摇到远方．椰子的果实内，中果皮富有纤维且充满了空气，这样可以借助浮力飘洋过海、定居彼岸。 种子的萌发 任何植物种子的萌发都需要水分、空气和适宜的温度。但是，不同植物的种子在萌发时对这三个条件的需求情况有所不同。一些栽培植物的种子在萌发时所需要的水量(与种子的干重相比)是：水稻为40%，小麦为45%，豌豆为107%，大豆为110%。各种栽培植物对播种温度的要求也不一样：高粱、玉米、大豆、粟等，播种层的地温稳定在12 ℃时就可以播种。水稻、棉花等种子萌发时要求环境温度较高，播种层地温稳定在12～15 ℃时才能播种。各种栽培植物的种子在萌发时对空气的要求也不一样。大豆、棉花在萌发时需要大量的氧，因此，播种时土壤要疏松。水稻的种子在萌发时需要的氧较少，即使浸没在水里也能萌发。
各类三维设计软件介绍
. 三维设计软件现在有好多的，不过目前用的最多的是SolidWorks软件。SolidWorks的设计思路十分清晰，设计理念容易理解，模型采用参数化驱动，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程，生成三维零件和装配体模型；再根据工程实际需要做出不同的二维视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图。从几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。 PRO/E, 还有MAYA,caxa,sketch up(参数很少,小巧)Auto CAD (三维功能太弱,算不上三维设计软件,平面才是它的天下),SolidWorks,草图大 师,3ds(三维渲染很强) 目前常用三维软件很多，不同行业有不同的软件，各种三维软件各有所长可根据工作需要选择。比较流行的三维软件如：Rhino（Rhinoceros犀牛）、Maya、3ds Max、Softimage/XSI、Lightwave 3D、Cinema 4D、PRO-E等 Maya 是一个包含了许多各种内容的巨大的软件程序。对于一个没有任何使用三维软件程序经验的新用户来说，可能会因为它的内容广泛、复杂而受到打击。对于有一些三维制作经验的用户来说，则可以毫无问题地搞定一切。Maya的工作流程非常得直截了当，与其它的三维程序也没有太大的区别。只需要熟悉一至两个星期，你就会适应Maya的工作环境，因而可以更深一步的探究Maya的各种高级功能，比如节点结构和Mel脚本等。 Softimage/XSI 是一款巨型软件。它的目标是那些企业用户，也就是说，它更适合那些团队合作式的制作环境，而不是那些个人艺术家。籍此原因，我个人认为，这个软件并不特别适合初学者。XSI将电脑的三维动画虚拟能力推向了极至。是最佳的动画工具，除了新的非线性动画功能之外，比之前更容易设定Keyframe的传统动画。是制作电影，广告，3D，建筑表现等方面的强力工具。 Lightwave 对于一个三维领域的新手来说，Lightwave非常容易掌握。因为它所提供的功能更容易使人认为它主要是一个建模软件。对于一个从其它软件转来的初学者，在工具的组织形式上和命名机制上会有一些问题。在Lightwave中，建模工作就像雕刻一样，只需要几天的适应时间，初学者就会对这些工具感到非常地舒服。Lightwave有些特别，它将建模（Modeling：负责建模和贴图）和布局（Layout：动画和特效）分成两大模块来组织，也正是因为这点，丢掉了许多用户。 广泛应用在电影、电视、游戏、网页、广告、印刷、动画等各领域。它的操作简便，易学易用，在生物建模和角色动画方面功能异常强大；基于光线跟踪、光能传递等技术的渲染模块，令它的渲染品质几尽完美。它以其优异性能倍受影视特效制作公司和游戏开发商的青睐。火爆一时的好莱坞大片《TITANIC》中细致逼真的船体模型、《RED PLANET》中的电影特效以及《恐龙危机2》、《生化危机-代号维洛尼卡》等许多经典游戏均由LightWave 3D开发制作完成。 Rhinoceros（Rhino） 是一套专为工业产品及场景设计师所发展的概念设计与模型建构工具，它是第一套将AGLib NURBS 模型建构技术之强大且完整的能力引进Windows 操作系统的软件，不管您要建构的是汽机车、消费性产品的外型设计或是船壳、机械外装或齿轮、甚至是生物或怪物的外形，Rhino 稳固的技术所提供给使用者的是容易学习与使用、极具弹性及高精确度的模型建构工具。从设计稿、手绘到实际产品，或是只是一个简单的构思，Rhino所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为彩现、动画、工程图、分析评估以及生产用的模型。Rhino 可以在Windows 的环境下创造、编排或是转译NURBS曲线、表面与实体。在复杂度与尺寸上并没有限制。此外，Rhino并可支持多边网格的制作。 Vue 5 Infinite e-on software公司出品。作为一款为专业艺术家设计的自然景观创作软件，Vue 5 Infinite 提供了强大的性能，整合了所有Vue 4 Pro 的技术，并新增了超过110 项的新功能，尤其是EcoSystem 技术更为创造精细的3D环境提供了无限的可能。Vue 5 Infinite 是几个版本中最有效率,也是在建模、动画、渲染等3D自然环境设计中最高级的解决方案.目前国际界内很多大型电影公司,游戏公司或与景观设计相关的行业都用此软件进行3D自然景观开发. Bryce Bryce是由DAZ推出的一款超强3D自然场景和动画创作软件，它包合了大量自然纹理和物质材质，通过设计与制作能产生极其独特的自然景观。这个革命性的软件在强大和易用中间取得了最优化的平衡，是一个理想的将三维技术融合进您的创作程序的方法，流畅的网络渲染、新的光源效果和树木造型库为您开拓创意的新天堂。全新的网络渲染- 在网络中渲染一系列动画图像或是单张图片，大大节省时间和金钱。 对于机械行业哪种三维设计软件被最多公司应用。是SolidWorks，UG，PRO-E还是什么。 NXUG在工业产品中应用广泛，包括汽车、模具、机箱机柜、等等，钣金模块强大，设产品计、开模、数控一条进行 PROE在家用产品行业应用广泛，包括冰箱、洗衣机、电视机等等，软件产品视觉效果很好，产品设计者情有独钟 cait在流体领域应用较多，如飞机、潜艇等，曲面模块强大 SolidWorks贵在综合， AUTOCAD主要用于二维出图。 SolidWorks Pro/E UG同为三维设计软件学哪个最好？ Solidworks简单易学，Windows操作界面，很容易上手，但感觉用的时候占内存较多，对电脑配置要求高，它的工程图功能相当强大。 Pro/e相对内存占用稍少，运行较快，功能齐全，便没有前者好学，它也在不断改进操作界面，现在比之前应该好操作一点儿，不过用熟了的话，是感觉不到区别的，主要是对新学者来说。 UG；Solidworks与之是一个内核，没学过，不过看到界面也很友好，应该不难。 最后，其实这些工业设计软件，个人觉得，只要学会一个，其它的可无师自通，有很强的相似性。 SolidWorks易学易用，性价比高，在中国及国外，越来越多的人在学习。好学不代表功能不好。 proe功能比较不错，但汉化不彻底，学起来很费劲。 ug模具方面不错，学起来也超级费劲。价格昂贵， 3D机械模具设计：CATIA,UG,CERO(Proe),Solidedge,Solidworks，inventor 3D工业设计：3ds Max, Maya,Softimage，Solidthinking ;.
色叶植物分类
色叶植物分类 一、秋季色相植物 1 、秋色叶 ①红色/紫色：（黄栌、乌桕、漆树、卫矛、连香木、黄连木、地棉、五叶地棉、小檗、樱花、盐肤木、野漆、南天竹、花楸、百华花楸、红槲、山楂以及槭树类植物等。）②金黄色/黄褐色：（银杏、白蜡、鹅掌秋、加杨、柳、梧桐、榆、槐、白桦、复叶槭、紫荆、栾树、麻栎、栓皮栎、悬铃木、胡桃、水杉、落叶松、楸树、紫薇、榔榆、酸枣、猕猴桃、七叶树、水榆花楸、腊梅、石榴、黄槐、金缕梅、无患子、金合欢等。） 2、春色叶 ①春叶、红色/紫色：（臭椿、五角枫、红叶石楠、黄花柳、卫矛、黄连木、枫香、漆树、鸡爪槭、茶条槭、南蛇腾、红栎、乌桕、火炬树、盐肤木、花楸、南天竹、山楂、枫杨、小檗、爬山虎等。） ②新叶特殊色彩：（云杉、铁力木、红叶石楠。） 二、常色叶植物 1、彩缘 ①银边：（银边八仙花、镶边锦江球兰、高加索常春藤、银边常春藤等。） ②红边：（红边朱蕉、紫鹅绒等。） 2、彩脉 ①红色/银色: （银脉虾蟆草、银脉凤尾厥、银脉爵床、白网纹草、喜阴花等。） ②黄色：（金脉爵床、黑叶美叶芋等。） ③多种色彩：（彩纹秋海棠等。）
④白色或红色叶片、绿色叶脉：（花叶芋、抢刀药等。） 3、斑叶 ①点状：（洒金一叶兰、细叶变叶木、黄道星点木、洒金常春藤、白点常春藤等。） ②线状：（斑马小凤梨、斑马鸭趾草、条斑一条兰、虎皮兰、虎纹小凤梨、金心吊兰等。） ③块状: （黄金八角金盘、金心常春藤、锦叶白粉腾、虎耳秋海棠、变叶木、冷水花等。） ④彩斑：（三色虎耳草、彩叶草、七彩朱蕉等。） 4、彩色 ①红色/紫色：（美国红栌、红叶小檗、红叶景天等。） ②紫色：（紫叶小檗、紫叶李、紫叶桃、紫叶欧洲槲、紫叶矮樱、紫叶黄栌、紫叶榛、紫叶梓树等。） ③黄色/金黄色：（金叶女贞、金叶雪松、金叶鸡爪槭、金叶圆柏、金叶连翘、金山绣线菊、金焰绣线菊、金叶接骨木、金叶皂角、金叶刺槐、金叶六道木、金钱松、金叶风香果等。） ④银色：（银叶菊、银边翠（高山积雪）、银叶百里香等。） ⑤叶两面颜色不同：（银白杨、胡颓子、栓皮栎、青紫木。） ⑥多也是品种：（叶子花有紫色、红色、白色或红白两色等多个品种。） 植物花色、花期配置
制作生物细胞模型课稿
边做边学“制作真核细胞模型” “制作真核细胞模型”是普通高中课程标准实验教科书《分子与细胞》（苏教版）第三章的重点内容，《生物课程标准》中也明确“尝试建立真核细胞的模型”为具体内容标准。在学习了细胞的三大基本结构和细胞器的结构与功能的基础上，本节内容主要是通过让学生亲自动手制作真核细胞模型，使学生全面思考细胞的基本结构与功能特点，加深学生对细胞结构与功能的理解。针对细胞这样肉眼看不见的微观世界，力图让学生从枯燥的文字中摆脱出来，通过动手和思考使学生建构细胞模型，全面掌握细胞的基本知识，引导学生理解结构与功能的统一性。 新课改把“科学探究”作为基本理念的核心，提倡学生在“做中学”，需要学生通过在“做中学”、“学中做”的实践，达到“学做统一”，使“活动教学”与“讲授教学”相互融合，彼此促进。 细胞在电子显微镜下才能观察到它的微细结构，因而学生缺乏感性认识。因此，亲身体验模拟制作“细胞”的立体结构模型有助于在现有的实验条件下让细胞变“微观”为“宏观”，而更好地构建完整的知识体系。且能激发他们的求知欲，真正实现在“做中学”。 【三维学习目标】 1．知识目标：说出细胞的基本结构，阐明细胞器的功能。 2．能力目标：通过制作细胞结构模型，锻炼学生的逻辑思维能力和创新能力，培养学生的动手、思维、合作，交流和语言表达等能力。 3．情感态度价值观目标：认同结构与功能的统一性、细胞结构的统一性、局部与整体的关系。
【教学重点】制作真核细胞结构模型。 【教学重点】细胞基本结构的模型构建，结构与功能的统一性。 【教学方法】实验法、汇报总结、生生师生讨论。 【教学准备】学生准备细胞模型制作的材料（如：橡皮泥、水果等）； 预制作的细胞模型等。 【教学设计思路】 导入时利用学生猎奇心理，利用北京自然博物馆中的“细胞屋”引起学生学习兴趣。结束时采用学生拼装，创设情景，使学生在潜移默化中领悟细胞结构与功能的统一性。力求使整个课堂变成学生主动建构知识、提高素质的过程。总体上体现教师主导、学生主体的新课改精神。 【教学过程】
数学模型在植物研究中的应用举例
数学模型在植物研究中的应用举例 数学模型可分为两个方面：定性和定量。随着植物学科研究的不断发展，定性的结论已远远不能满足实际生产的需求。掌握数学模型的建立方法是当今植物研究领域工作者应该具备的基本素质，也是植物研究发展现代化的重要标志之一。 1、数学模型在植物研究中的特点和优越性 数学模型在植物研究中的特点：综合考虑各种生态学特征和生物学特性因子，定量化地描述植物生长全过程，分析植物生命运行的机制和规律，动态地模拟和预测植物未来生长状况。数学模型在植物研究中的优越性：建立模型有助于精确地判定植物研究中所缺乏的知识和数据，对植物和环境的关系有一定程度的定量化了解。通过模型的建立过程能够找出植物研究的新想法和新的实验方法，并大大缩减实验数量，完善实验设计。相对于传统的方法，模型常能更好地使用比较精准的数据，从多个方面多个角度取得材料并集中在一起，对植物进行比较客观的评价，得出统一的概念。 2、数学模型在植物研究中的应用举例 Olson于1963年提出的凋落物分解失重指数衰减模型目前被广泛应用于描述各种类型的枯落物分解问题，模型公式为：Wt/Wo=e-kt。式中，Wt为分解后的残余干物质量(g)；Wo为初始干物质量(g)；k为腐解率；t为分解天数。对公式取自然对数得方程：lnWt/Wo=-kt。
例如：榕树落叶分解实验采用网袋法，每袋装落叶45g，网眼孔径5mm，网袋面积40cm×25cm，每月收集1次落叶，每次随机收集3袋，并取小样于105℃烘干至恒质量，求其干物质量，用干灰化法测定灰分含量。将分解试验数据代入Olson模型公式进行拟合，得到分解速率方程，Y=0.1113-0.0041t(r=0.970，P<0.01)，再令lnWt/Wo=Y=ln0.5，代入所得分解速率方程，求得榕树叶片半分解期理论值，与实测值进行比较。意义：通过凋落物分解失重最佳指数衰减模型研究榕树凋落叶分解过程干物质量、营养元素、有机化合物及能量变化的规律与特征，可以为有效管理与保护榕树提供理论依据。 3、对数学模型在植物研究中的应用的一些认识 近年来，数学模型在植物学研究工作中的应用已经普遍展开，包括刘桃菊等建立光周期影响大麦发育的数学模型，计算出不同的大麦品系感光性的各自差异；高照全等根据土壤水分限制模型、气孔导度模型与蒸腾模型的结合，模拟出了不同环境因子和不同水分条件下的蒸腾作用。 杨怀金等利用免疫进化算法(IEA)对鹤望兰叶面积指数进行模拟，得出平均相对误差，取得满意的结果；杨娟等构建了常绿阔叶林生态系统退化综合评价模型，利用鼎湖山国家自然保护区有关退化植被的研究数据对模型进行了验证，结果表明了模型的适用性；赖江山等应用偏离指数、Lloyd的平均拥挤度和聚块性指数及Morisita指数，在10m×10m尺度下研究了优势种群的分布格局，发现3种优势种群成树总体上均为集群分布等等。
一款简单实用的三维建模软件：Moi3D
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/4a17516914.html, 一款简单实用的三维建模软件：Moi3D 作者：盘俊春 来源：《中国信息技术教育》2018年第13期 立体几何是学生比较害怕的知识，主要是内容太抽象，教师也不太好讲解。像三视图这个知识点，几乎每年高考都会考到，很多学生明知高考必考，也在考前练了很多题，可是高考还是拿不到分。如果教师在教学中能够利用计算机模拟制作出三维立体图给学生观察，学生就能很轻松地掌握这部分知识了。三维作图常用软件有3DMax等，但这些软件功能复杂，用户主要是一些专业的CAD设计人员，而教师只是要求制作一些简单的几何体就可以了，所以并不需要用这些复杂的三维制作软件。那么有哪些软件比较简单易用呢？前面曾介绍过的Cabri 3D 就很不错，这里再介绍另一款比较好用的三维建模软件：Moi3D。 Moi3D是一款来自国外的三维建模类软件，该软件采用多元化的操作方式，支持多个功能视图界面，可以实现常见物体的三维建模以及编辑修改。 下载并安装好软件（官方下载地址：http：//https://www.wendangku.net/doc/4a17516914.html,/），软件是多国语言版本，包括中文版，图1是软件的界面，Moi3D的界面和大多数的三维制作软件差不多，但相对3DMax等软件来说，它的程序文件很小，才十多兆，而且界面比3DMax等软件简洁很多。 操作上它比3DMax等软件简单很多，并没有过多的菜单，而且都是很人性化的图形按钮，Moi3D只提供了简单的存储、视图角度、命令选项、参数选择等基本功能，工具也是最基本的简单得不能再简单的工具。软件有以下的主要功能及特点： （1）功能强大且易掌握：Moi3D的用户界面非常简单，但功能并不弱，很适合非专业CAD的人员使用。 （2）适合手写板的友好用户界面：Moi3D独特用户界面的特性，能和手写板很好地融合。 （3）能在低端显卡中展示高质量的画面：Moi3D即使在低端的显卡配置中也能展示漂亮的平滑曲面。 （4）自由多样的3D建模：能快速地创建3D NURBS模型。 Moi3D简单易学，只需要几个步骤就可以完成简单的三维图像制作。下面通过一个实例来说明它在三视图教学中的简单用法。 1.利用三视图还原几何体 先看一道习题：根据如上页图2所示的三视图，判断几何体的名称。
植物的分类等级
植物的分类等级 作者：来源：中国国植物科普网点击量：173 更新时间：2010-7-23 9:20:00 -------------------------------------------------------------------------------- 世界上有45万种植物，仅属于高等植物的就有20余万种，我国有高等植物3万余种。种类如此繁多，对不熟悉的人来讲，简直是杂乱无章。然而当我们懂得了植物的分类等级时，就会发现它们其实是各有所属，井井有条的。每一种植物，不管它是高等的还是低等的，是种子植物还是孢子植物，只要讲出它的科学的名称，就可以在某个位置上找到它。 经过努力，植物分类学家们已经大体上弄清了各种植物之间的关系，并根据它们之间亲缘关系的远或近，从低级到高级，从简单到复杂，把它们编排在一个系统中。在这个系统中，每一种植物都有一个自己的位置，就像是每一个人都有一个户口一样。这个系统由好几个等级组成，最高级是“界”，接着是“门”、“纲”、“目”、“科”、“属”，最基层的是“种”。由一个或几个种，组成属，由一个或几个属，组成科，以此类推，最后由几个门组成界，也就是植物界。 在分类等级中，“科”是一个中级分类单位。在识别植物过程中，如果能抓住“科”这个分类等级，那就有提纲挈领的作用。只要能掌握15至20个常见的科的特征，识别植物就能如虎添翼。 在所有裸子植物中，可分成12个科；所有的被子植物，可分成300余个科。在每个科下面，包含有1个到数百上千个植物种，有的甚至包含上万个植物种。如银杏科只有1个种，蔷薇科有3300余种，蝶形花科有17000余种。不管在科下有多少个种，这些种之间的亲缘关系是比较相近的。所以它们在形态上，特别是花的构造上都有许多共同的地方。如花序中提到的菊科都有头状花序，伞形科都有伞形花序。此外还有木犀科都是木本，叶片几乎都是对生，唇形科都有唇形花冠，茎干几乎都是方形；十安花科都是草本，花冠呈十安形。芸香科植物的叶片上都有芳香的油腺…… 所以一旦碰到有不认识的植物，只要判断它可能属于的科。再到有关的植物分类专业书上去查找，就不会太困难了。因为几乎所有的分类书籍中，植物的编排，都是以科为基础的，每一个科的植物都是集中在一起的。 高等植物和低等植物 世界上所有的植物都可以归到高等植物或低等植物这两大类中，它不是高等植物就必然是低等植物，两者必居其一。 那么？什么样的植物是高等植物呢？ 高等植物是指在形态上、结构上和生殖方式上都比较复杂的，较高级的植物。譬如，它们一般都有根、茎、叶的分化，有各种组织、器官的分化，在生殖方式上，有性和无性两种方式世代相互交替出现。此外，很关键的一点是它们在个体发生中，有“胚”这个构造。具有上述这些特性的植物，称为高等植物。我们所看到的会开花的植物，全部是高等植物。此外还有一些不开花的植物，如生长在潮湿环境中的苔藓植物，在阴湿环境中的蕨类植物也是高等植物。