基于L-system的树木重建技术研究开题报告

1. 研究目的与意义

计算机技术的应用，迅速推广到了发育生物学，从获取、加工和分析实验数据到器官的建模都应用了计算机科学。具体来说，模型帮助我们理清非直觉可以明确的，局部形态发展和整体特征和形式之间的关系。我们研究的建模技术和选择的模型都是旨在用机制的方式来说明植物的生长过程，同时，我们强调：将数学和一些计算方法应用于发育生物学的历史过程；建模的主要目标和方法；与植物建模相关的数学分支和计算方法；以及两类模型的基础，这些方法从几何和分子的角度研究植物的形态形成。在几何领域，我们关注细胞分裂模型，叶序模型，树叶的形式和经脉模型以及分支模型。在分子领域，我们关注最新最广泛的话题：在植物生长过程中植物生长激素的作用。

2. 国内外研究现状分析

使用lsystem将有助于描述植物的生长过程。这种系统，在1968年由lindenmayer 推出作为开发简单的多细胞生物体研究的理论框架 ，并随后被应用于高等植物植物器官研究。与几何元素相结合之后，lsystem可以详细地来描述植物结构和发育过程。

强调对植物学的几何理解有一定的动因。一个可视化的比较模型是模型的重要组成部分。显示的参数，而不是直接观察到的过程，可能更加有利于我们观察植物。目前，这样的模型和观察技术已经在一定程度上被应用于植物研究和其他领域。同时，这提出了一种有价值的工具，可以用于教育目的。而从现实主义出发，植物建模提供了一个已知结构的新观点。...

植物器官中参数的特殊数量在20世纪的上半页被确定，从二十世纪末开始，人们从几何的意义上开始研究这些数字，此后这一研究的范围不断扩大。它的基因基础也逐渐被研究。虽然它们的历史跨度范围小，一些其他的早期研究和现在研究问题的联系依然存在。比如，一些关于细胞分裂的假设，在成为计算研究的主题之前，也在19世纪被提出，在20世纪早些时候被讨论。从而一直延续到了今天。

3. 研究的基本内容与计划

在生物学中，模型的认识论价值主要是在许多的调查研究中，研究的对象包括一般的特征和植物的研究生长发展。植物重建的主要内容包括：

1）形式的描述：生长植物包括动态的形式，对这种形式的描述是几何的主要领域。计算模型将几何拓展为一些可以用传统几何元素描述植物复杂特征的结构模型。

2）因果关系分析。对因果关系的理解强调以科学的心态观察现象。然而，因果关系不是通过观察就能直接获得的，而是通过观察和实验推断出来的。建模为研究因果关系提供了有力工具，因为，在模型中因果关系可以清楚地定义，这使得我们可以严格地研究他们之间关系。

4. 研究创新点

本设计采用的植物重建方法，是根据一种方案，来源于科学研究的方法。一项发展生物学的研究，可以开始于获得的实验数据，这些数据可以用于提出一种或者多种假设。在这一基础上，建立计算模型是用于证实形成特定形式的过程中，某些基本条件是否必须。在实践中，还有其他方案来补充这种方案的不足之处。实验是必不可少的，但是没有模型，基础信息可能会很难从庞大的无组织的数据中被筛选出来。相同地，在实验数据的范围之外建立模型可能会使得研究倾向于数学研究而不是明确的生物学意义。因此，实验和模型的相互影响需要它们都关注探究发现的途径。这样的相互影响，通常是反复实验和建模的形式。虽然，模型把这些数据整合在一起，成为一种对所研究的现象更加复杂和深刻的理解，同时强调研究在数据集合中的某些循环。但是，我们希望将理论设想与实验数据相结合，从而指导建模。