植物生长模型是定量化研究植物生长规律的重要手段,涉及到植物学、农学、林学、应用数学、物理学和计算机信息科学等多学科领域.建立植物生长的功能-结构模型是当前植物建模研究的一个重要发展趋势.GreenLab模型是由中法联合实验室(LIAMA)、中国农业大学与法国CIRAD、INRIA等科研机构联合开发的新一代植物生长的功能-结构模型.本文的研究工作包括四个部分:1.GreenLab模型的基本原理:本文简要介绍了GreenLab模型的生物学假设、数学方程式与生长模拟算法,重点从宏观角度和在大时间尺度上(单元生长周期)阐明植物的功能与结构之间内在的关联作用关系.最后,提出了在GreenLab基本框架内需要解决的几个基本问题.2.CornerFit工具软件的扩展:CornerFit是实现单茎干类植物的GreenLab模型标定以及生长模拟工具软件.本文对CornerFit的软件结构与功能实现做了一系列改善:扩展了拓扑结构的表达范围,引入新的功能时间参数以满足实验设计与理论分析的要求,强化了可视化输出功能等.在可视化方面,通过一些示意性例子,介绍了器官三维造型的基本原理.实践结果表明,CornerFit作为软件工具能够胜任多方面的研究工作,并具有很好的教学效果.3.植物分枝结构的轴分解表示:本文提出了一种植物分枝结构的分解表示方法—基轴分解法(axes-based decomposition).这种方法从拓扑结构的"生长单元"尺度上的描述出发,借助于"子结构"的表示机制,实现了植物整体结构动态发展的"轴"分解表示.轴分解结果对于模型行为的理论分析与应用实践都有重要的意义,比如枝条的次级生长,植物冠层内光的传输与分布,枝条相互间的遮挡和避让,虚拟剪枝等.4.复杂分枝植物的GreenLab模型标定:GreenLab模型的标定问题主要有两个方面:分枝结构的测量与优化算法实现.本文给出了以轴为采样单位的测量方法,测量的最小数据是关于单个器官的量,如器官长度、器官重量等.非线性最小二乘方法被扩展应用到分枝植物的模型参数估计上,并以模拟产生的树分枝结构的数据为目标进行了拟合测试,实验结果表明,这种方法对于分枝植物是可行的.但是,在应用到真实植物之前,还要进行大量的理论分析和仿真实验工作.