基于一种新型叶脉模型的叶片形状探究.pdfVIP

第33卷第2期 杭州电子科技大学学报 V01．33。No．2 2013年04月 Journalof HMgz}ⅢDiamiUniversity Apr．2013 doi：10．3969／j．issn．1001-9146．2013．02-018 基于一种新型叶脉模型的叶片形状探究 冯学蕊1，裘哲勇2，李正雄1 (1．杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018； 2．杭州电子科技大学理学院，浙江杭州310018) 摘要：该文根据叶片的形状与叶脉的模型强烈的相关性，将叶片形状探究问题转换为叶脉模型问 题的探究。提出一种改进算法，在初始化中将营养素点分布在叶子的轮廓上，引入基因和光照两 个变量，设置对照组，仿真不同设置下的生长过程，最后得出基因和光照作用于叶脉从而影响叶片 的形状。 关键词：叶片形状；叶脉模型；生物学 中图分类号：Q332 文献标识码：A 文章编号：lool一9146(2013)02-0069一04 0引言 叶片的形状为何那么多?这个看似简单的问题，实际上长久以来一直未解。叶片的形状是物种对 长期生态演化所作出的反应，并且生态系统的限制因素可能参与决定叶片的最终形状uJ。叶脉，即生 长在叶片上的维管束，它们是茎中维管束的分枝心J。科学家的必威体育精装版研究表明：叶脉能够揭示大量有关 植物的信息，对植物叶片形状构成具有不可估量的作用。本文认为导致各种各样的植物叶片具有不同 形状的原因如下：一是内因，主要是基因的影响；二为外因，主要是光照的影响。叶脉模型与叶片的形状 J。Runion模型可 具有强烈的相关性[3】，所以本文将探究叶片形状问题转换为对叶脉模型问题的探究H 以很好的解决这类问题，但由于营养素点分布的不合理，导致模拟出的叶片偏离真实的形状J。本文 提出一种改进算法，得到了满意的仿真结果。同时，引入基因和光照两个变量，设置对照组，得出基因对 叶脉生长具有导向作用，光照会影响叶脉形状的结论。 1算法模拟 整个仿真程序在Windows下用MArllAB实现，所有实验结果均在2．13GI-Iz CPU，2．00GB内存和256MB显卡的PC上完成。 首先初始化主叶脉，设立营养素点及叶片生长参数，经过迭代仿真出叶脉的生长，但是与真实的叶 脉相差甚远。分析得出：不合理的营养素点分布是导致叶脉生长失真的主要原因。针对此问题，本文做 了如下改进：将营养素点分布在叶片的轮廓上。 1．1算法仿真 (1)叶片外形轮廓的获取：利用MATLAB图像处理功能，如图1所示： 收稿日期：2012一04—20 作者简介：冯学蕊(1991一)，女，安徽六安入，在读本科生，电子信息工程． 万方数据 70 杭州电子科技大学学报 2013正 (b) (c) 图I叶片的外形轮廓提取 (c)。 (2)设立营养素点：初始化时确定的营养素，加入迭代后新的营养素点。 (3)如图2所示： (a) (b) 图2叶脉分布的仿真结果 对图2(a)真实叶片仿真得到图2(b)叶片叶脉分布图。 1．2算法的输入 (1)叶片初始状态(叶片的初始形状和主叶脉节点)。 (2)叶片生长参数：生长间距D(营养素点对叶脉节点生长的促进作用对叶脉生长的影响)，阈值距 离D：(营养素点对叶脉节点生长的抑制作用对叶脉分布的影响)，迭代次数T(叶脉节点的规模)。 (3)营养素点和叶脉节点位置参数(营养素点集合S{8}，叶脉节点集合V{v})。 1．3循环仿真步骤 (1)初