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Erweiterte Modellierung pflanzenähnlicher Strukturen
Abstrakte Modellierung
Systematische Pflanzenmodellierung durch Simulation der Entwicklung
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Systematische Pflanzenmodellierung durch Simulation der Entwicklung

Prusinkiewicz und Hanan beschreiben das Wesen des Wachstums- oder Entwicklungsprozesses von Pflanzen, um diesen mit L-Systemen nachzubilden.

Der Ansatz, der die Entwicklung der Pflanzen beschreibt, besitzt folgende zwei Eigenschaften:

  • Hervorheben der Raum-Zeit-Relation zwischen den Teilen der Pflanze: Bei vielen Pflanzen können verschiedene Entwicklungsstufen zur selben Zeit beobachtet werden. So befinden sich einige Blüten noch im Knospenstatus, während andere schon voll entwickelt sind und wieder andere haben sich zu Früchten gewandelt. Wenn die Technik zur Entwicklung der Pflanzen konsistent selbst die Entwicklung der einzelnen Organe beschreibt, so werden solche Phaseneffekte auf natürliche Art beschrieben.
  • Möglichkeit zur Darstellung des Wachstums: Da der gesamte Entwicklungsprozeß in einem mathematischen Modell festgehalten ist, kann dieses benutzt werden, um biologisch korrekte Abbilder der Pflanzen zu unterschiedlichen Zeiten der Entwicklung anzuzeigen sowie animierte Wachstumssequenzen zu produzieren.

Aus folgenden Gründen ist der Formalismus der L-Systeme besser geeignet, die Entwicklung von krautartigen Pflanzen zu simulieren, anstatt die von hölzernden.

  • Hauptsächlich wird das Wachstum der krautartigen Pflanzen durch die genetischen Anlagen beschrieben. Anders ist dies bei den hölzernen Pflanzen, da hierbei die Umwelt, der Konkurrenzkampf zwischen Bäumen und anderen Ästen, sowie der Zufall einen groß en Einfluß auf die Entwicklung nehmen.
  • Die Entwicklung der hölzernden Pflanzen ist komplexer, da bei ihnen das sekundäre Wachstum eine größere Rolle spielt, welches für die Zunahme des Umfangs des Stamms und der Äste verantwortlich ist.
  • Es ist schwieriger, genügend viele Daten über die Entwicklung der Bäume zu bekommen, da diese einen deutlich längeren Lebenszyklus besitzen.

Um das Pflanzenwachstum möglichst naturnah wiederzugeben, werden die natürlichen Kontrollmechanismen der Pflanzen simuliert. In der Biologie werden hierbei zwei Klassen unterschieden:

  • Mechanismen, die auf Basis zellulärer Abstammung arbeiten, transferieren genetische Informationen von einer Vorfahrenzelle zu Nachfahrenzellen. Diese werden durch kontextfreie L-Systeme simuliert.
  • Interaktive Mechanismen sorgen für einen Informationsaustausch zwischen koexistenten Nachbarzellen. Diese werden durch kontextsensitive L-Systeme simuliert.

Auf diese beiden Klassen von Kontrollmechanismen wird in den folgenden Abschnitten noch näher eingegangen. In der folgenden Abbildung wird zuvor eine adäquate Terminologie zur Beschreibung der Verzweigungsstrukturen der pflanzenähnlichen Modelle vorgestellt, um Mehrdeutigkeiten bei der Beschreibung zu vermeiden.

  

Baum mit Sproß

Baum mit Sproß

 

Zur Vereinfachung wird das Alphabet des L-Systems auf folgende Symbole reduziert:

  • A für Apex (terminales Segment bei Baum mit Sproß)
  • I für Internodium (Segment eines Baumes mit Sproß, das mindestens ein Nachfolgesegment besitzt)
  • B für Blüte

Um eine grafische Interpretation zu erhalten, sind dann später noch die Wachstumsraten der Internodien, Verzweigungswinkel und die Polygonmodellierung für die Pflanzenorgane Blatt und Blüte zu ergänzen. Durch die Abstraktion von den geometrischen Details wird der Fokus auf die grundlegenden Eigenschaften gerichtet.

 


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Letzte Änderung 21. Januar 2001