[发明专利]一种基于水稻模型的稻瘟病传播机制模拟方法

说明书

一种基于水稻模型的稻瘟病传播机制模拟方法，利用虚拟的水稻模型，对稻瘟病发生发展进行研究，考虑多种影响稻瘟病菌的传播因素，例如温度、湿度会影响病菌的生存和繁殖情况；风对病菌孢子的影响，风的大小决定着孢子能否脱离母体进行扩散；风的方向决定病菌的扩散朝向，进而决定病害发展方向。本发明可视化展现了病毒随着时间推移在水稻群体间的传播趋势，为农业生产中病菌在植株间传播和扩散的路径研究提供了一种新的思路，也可为虚拟农业场景中如何逼真的建立病菌传播模型提供参考。

技术领域

本发明涉及一种基于水稻模型的稻瘟病传播机制模拟方法，该方法适用于模拟稻瘟病菌在不同外界环境因素下的传播机制。

技术背景

病菌在植物群体间的发生、发展和传播是一种常见的自然现象。病菌蔓延会导致植物的花、叶和果实等主要器官变色枯萎以至整个植物体的死亡。一方面，逼真的模拟这种自然现象在影视情景和电子游戏场景中有重要的意义。如在科幻电影中，此类自然场景的特效制作已成为渲染影片特定场景、降低制作成本的重要方式。在模拟群体植株枯荣、病害侵袭等自然现象时，它给观众带来了沉浸式的视觉体验。另一方面，真实的模拟病菌在植株间传播过程，在农业病害防治过程中具有重要的指导意义。在整个水稻生长期间都有可能存在的稻瘟病，种植人员往往难以预测其病害的发生和发展程度，从而耽误了病害的最佳防治时间。而对于这类大规模被病害感染的大田，如果盲目地对其进行农药喷洒，势必会造成农药浪费。

而基于虚拟植物的可视化模型，此模型主要利用虚拟现实技术和计算机图形学技术进行建模，在虚拟农田试验、自然景观再现、新型作物培育、植物生长周期模拟等方面广泛应用。基于这种可视化模型建立的植物病害传播模型，能够直观的展现病害感染和传播过程，对于场景建模和病害防治具有重要的指导意义。建立此种模拟病菌在植株间传播的模型，可以指导农药喷洒路径，优化农药喷施方法，进而降低农药的施用量，以及减少农药对土地的破坏。通过建立的水稻田模型为基础，可视化的展现病毒随着时间推移在水稻群体间的传播。本方法既为农业生产中病菌在植株间传播和扩散的路径研究提供了一种新的思路，也可为虚拟农业场景中如何逼真的建立病菌传播模型提供参考。

发明内容

为了使稻瘟病菌的传播更符合真实的情况，本发明提出一种基于水稻模型的稻瘟病传播机制模拟方法，为研究稻瘟病菌的传播提供参考，设计了一种虚拟水稻模型，考虑多种影响稻瘟病菌的传播因素，例如温度、湿度会影响病菌的生存和繁殖情况；风对病菌孢子的影响，风的大小决定着孢子能否脱离母体进行扩散；风的方向决定病菌的扩散朝向，进而决定病害发展方向。

为了解决上述技术问题本发明提供如下的技术方案：

一种基于水稻模型的稻瘟病传播机制模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、单叶片病斑蔓延模拟，过程如下：

首先生成水稻叶片的三维曲面，再将元胞自动机布置在其表面，用于模拟病斑的扩散。每个元胞以8个相邻元胞作为其邻域元胞，通过观察研究所拍摄的水稻感染瘟病的图片，根据病毒感染发生时间的推进，定性地将感染状态元胞设置为5种状态：未感染，轻度感染，中度感染，严重感染，极度感染，并分别以0，1，2，3，4表示，定义元胞状态的迁移规则如下：

Step1：如果当前元胞未被感染，且其周围有状态为3的邻域元胞，并满足感染概率P0.5，则设该元胞状态为1，否则设为0；

Step2：对于当前状态为1的元胞，下一步其状态设为2；

Step3：对于当前状态为2的元胞，在环境因素为适宜条件时，适宜条件是指：若温度T处于(24-28℃)且相对湿度H90％，下一步状态变为3，否则仍然保持状态2；

Step4：对于当前状态为3的元胞，将其下一步状态设置为4；

Step5：对于当前状态为4的元胞，不可再被感染；