植物营养学报论文模板

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摘要：本文综述了蔬菜硝酸盐含量过高对人体的危害，影响蔬菜硝酸盐含量的因素，降低蔬菜硝酸盐含量的措施及其效果，并对今后的研究提出了建议。关键词：蔬菜；硝酸盐；影响因素；栽培措施1前言蔬菜是人们日常生活中不可或缺的食品，但蔬菜又是易于富集硝酸盐的作物，人体吸收的硝酸盐80％ 以上来自于蔬菜[1]。故硝酸盐含量是评价蔬菜品质的重要指标之一。虽然硝酸盐对人体没有直接的毒害作用，但进入人体后，会在微生物的作用下还原为有毒的亚硝酸盐，它可与人体血红蛋白反应，使之失去载氧功能，造成高铁血红蛋白症。长期摄入亚硝酸盐会造成智力迟钝[2]。另一方面。亚硝酸盐还可间接与人类摄取的其它食品、医药品、残留农药等成分中的次级胺反应，在胃腔中(pH＝3)形成强致癌物—— 亚硝胺，从而诱发消化系统癌变[3]。因此，硝酸盐污染问题已引起人们的普遍关注，世界各国学者对蔬菜硝酸盐积累及其控制途径进行了日益广泛和深入的研究。近年来许多研究单位对蔬菜中的硝酸盐污染以及如何控制进行了大量的研究。影响蔬菜硝酸盐积累的因素很多，与蔬菜的种类品种有关，与水分、温度、光照有关，也与施氮量、氮肥种类、施氮方法等因素有关，但施肥是非常重要的因素之一。要减少蔬菜硝酸盐含量，一是要进行合理施肥，控制施肥种类、数量，掌握好施肥方法等。二是调节水、温、光等环境条件，从而达到控制植株根系对NO3-的吸收速率，降低其吸收量，进而加速硝酸盐在植物体内的代谢的目的。2 影响蔬菜硝酸盐含量的因素2．1内部因素影响蔬菜硝酸盐含量的内部因子主要包括：蔬菜种类、品种、部位和生育期，这些因子主要受遗传因子所控制[4]。2．2．1 蔬菜种类不同其硝酸盐含量差异明显。现在研究证实，不同蔬菜种类的硝酸盐含量从大到小的次序为根菜类> 叶菜类> 瓜类> 茄果类。2．2．2 同一种类蔬菜不同品种硝酸盐含量也不相同，如莴苣Bellone品种叶片中硝酸盐含量为2878mg／kg，而Tornade品种硝酸盐含量仅为123mg／kg，2个品种间硝酸盐含量差异十分悬殊。2．2．3 蔬菜不同部位的硝酸盐含量也有很大差异，一般而言，根>茎>叶>果；叶柄>叶片；外叶(下部叶)>内叶(上部叶)。2．2．4 生育期对于菠菜而言，其体内硝酸盐含量随着生育期的延长而降低，这可能是由于随菠菜生育期推进其吸收土壤硝酸盐能力下降，或随植株增大硝酸盐相对量降低造成的。因此菠菜不宜提早收获。2．2外部因素蔬菜积累硝酸盐的过程也受外部其他环境因素如土壤水分、光照、温度、栽培措施等显著影响[5]。2．2．1光 光照对植物体内的硝酸盐代谢起着极为重要的作用，是决定植株硝酸盐含量的主要因素之一。光照强度、光周期和光照持续时间均影响植株硝酸盐含量。在低光照强度下，植株积累大量的硝酸盐， 而在较高的光强下，硝酸盐的积累减少[6]。光照影响植株硝酸盐含量的主要原因是硝酸还原酶活性受光照强度的调节，而且光照正常条件下， 光合作用良好，植株生长量大，吸入的硝酸盐被稀释而不致累积很多，同时光合作用可提供硝酸还原的能量，使之转化为铵态氮，因此也有利于减少硝酸盐的累积[7]。2．2．2 温度 温度高低影响植物对硝酸盐的吸收速率。在适温范围内，随温度升高，植物生长速度加快，根系对硝酸盐的吸收也加快，促进植株地上部生长，NRA也随之提高使植株体内硝酸盐积累减少。温度降低，根系吸收硝酸盐能力减弱，同时，NRA也因温度降低而减弱，以致硝酸盐积累增加[8]。2．2．3 水分 硝态氮的吸收、运输与水分运动密切相关。质流是水分驱动的物质运动，而质流对作物吸收硝态氮的贡献率达70％-90％。蒸腾作用的持续进行，使溶解于水中的硝态氮向植物体内各处移动，分布于不同器官的组织内部及外部空间的水分中。另外，硝态氮的代谢也离不开水分[9]。2．2．4 氮肥供应 大部分蔬菜为喜硝态氮作物，于是人们为追求高产而盲目追施硝态氮肥，而NO3-含量却随氮肥用量增加而不断升高，不能及时被还原。另一方面，施肥方法不当，基肥不足，追肥次数偏多，导致硝酸盐积累增加。3 降低硝酸盐含量的控制途径和措施综上所述，有关影响植物体内硝酸盐积累的因素是多方面的，作物之间的差异也十分明显，因此要有效降低硝酸盐的积累首先要分析研究对象所特有的影响因子，针对主要因子通过明确的调控措施，达到降低硝酸盐积累的目的。3．1 施肥措施蔬菜硝酸盐严重超标，除了与蔬菜的种类、品种、遗传特性不同有关外，一个重要影响因素是：施用化肥，超量施肥，重施氮肥，没有均衡的控制和调节土壤肥力。控制蔬菜硝酸盐过量残留的措施是，严格控制氮肥的施用量，少施化学氮肥，应以有机肥为主。因为有机肥矿化速度慢，不会导致硝酸盐在植株体内明显积累，并能提高蔬菜的产品质量和口感度[10]。3．1．1 合理施用氮肥⑴搭配施用不同形态的氮肥邱孝煊等报道，每公顷氮素用量450Kg，空心菜中硝酸盐含量，氯化铵<硫酸铵<尿素<碳酸氢铵<硝酸铵．施氯化铵的空心菜硝酸盐比其它化学氮肥低10％以上，这与氯化铵中的Cl-能抑制硝化作用有关。李海云等报道，铵态氮和硝态氮的比例不同影响硝酸盐的积累量，经多种蔬菜试验表明，NH4+-N所占比例越大，NO3-含量降低越明显。其原因在于NH4＋被植物吸收后立即参加含氮有机物的形成，而NO3-则要先还原，后一过程需消耗额外能量并在相应酶系参与下进行。因此，施铵态氮肥可使蔬菜硝酸盐含量减低。朱祝军等研究的结果是，对不结球生长的营养液中，铵态氮和硝态氮浓度(mmol／L)比例以1：1为最佳。[11]⑵适宜的氮肥施用量氮素是植物生命活动的必需养分，且需要量在各元素中居首位。任祖金等报道，偏施和滥用氮肥，是造成蔬菜硝酸盐积累的重要原因，提出300Kg/hm2为氮肥用量的临界值。在保证产量的同时，适当降低氮肥施用量能降低硝酸盐的富集。⑶严格掌握氮肥的施用方法氮肥要深施、早施。深施可以减少氮素挥发，延长供肥时间，提高氮肥利用率。早施则利于蔬菜植株早发快长，延长肥效，减少硝酸盐积累。还应根据蔬菜种类、栽培条件、气候条件等灵活施肥。无公害蔬菜生产过程中，其硝酸盐含量是不断变化的。据研究，随着氮肥追肥时间的推移，蔬菜体内的硝酸盐含量有逐渐减少的趋势。对蔬菜来讲，追肥的时间应安排在采收前30天，追肥的原则为“少量多次”[12]。⑷控制氮肥施用时间研究结果表明，追氮后8天是蔬菜收获上市的安全始期，随着时间延长，硝酸盐累积具有明显下降趋势，至追氮后18天，蔬菜体内硝酸盐分别比始期下降％ ～％ 。因此，得出蔬菜“攻头控尾”的施氮技术模式[13]。3．1．1有机肥无机肥配合施用菜田施用有机肥是一项降低蔬菜硝酸盐积累，提高产品营养价值的有益的农业措施。这是因为生物降解有机质是个渐进过程，养分释放缓慢，适合于蔬菜对养分吸收；土壤中有机质能促进土壤反硝化过程，从而有效降低土壤中硝态氮浓度。和氮肥相比，施有机肥能降低蔬菜50％ 的NO3-的积累量 。据此，要广辟肥料，确保蔬菜生产对有机肥的需求。但有机肥施用量过大，也会引起蔬菜中硝酸盐的大量积累，菜田有机肥施用量最大限量为60t·hm2。化学氮肥与厩肥、土杂肥配合施用，能有效控制和降低蔬菜中的硝酸盐积累。通常无机氮与有机氮的比为l:1；氮、磷、钾三要素的比例，100天以内的短季节蔬菜为l:，长季节蔬菜为l:。[14]3．1．2 推广测土配方施肥、平衡施肥技术测土配方施肥，是控制蔬菜硝酸盐积累的重要措施之一。大量研究结果表明，氮肥施用量与蔬菜体内硝酸盐含量呈正相关，磷、钾肥的施用量则与之呈负相关。这是由于：钾在植物体内能促进蛋白质的合成，钾的浓度越高，促进作用越强，从而提高了氮的利用率，蔬菜中K含量每递增％ ，NO3-量下降％ ；磷是硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的重要组成部分，参与NO3-的还原和同化。高祖明等指出，N、K比过大是造成叶菜NO3-积累的重要原因，且缺磷比增氮更易引起叶菜组织内NO3-积累。因此，在蔬菜生产上应大力推广测土配方施肥技术，做到缺什么补什么，缺多少补多少。达到平衡施肥。这样，不仅能降低蔬菜中硝酸盐的含量，而且增产效果十分显著[15]。3．1．4 叶面喷施微肥施用微量元素肥料，对于减少蔬菜中硝酸盐的积累有一定的效果。蔬菜收获前lO天，叶面喷施微肥，能提高产量和品质，收获前1天用草酸、甘氨酸等喷洒，可明显降低蔬菜中的硝酸盐含量。近年来的研究结果表明，叶面喷施钼、锰等微肥，对降低蔬菜硝酸盐积累有良好的效果。这是因为钼和锰元素在植物体内参与硝态氮的还原过程，钼是硝酸还原酶的组成部分，锰是多种代谢酶的活化剂。对蔬菜叶面喷施钼肥和锰肥，能激活蔬菜体内的硝酸还原酶，从而使蔬菜体内硝态氮的还原同化量超过其吸收量，降低蔬菜硝酸盐的含量。叶菜类不能叶面施氮肥。叶面喷施直接与空气接触，铵离子易变成硝酸根离子被叶片吸收，硝酸盐积累增加，又不耐贮存[16]。3．2 改善生态条件3．2．1 改善光照条件，增加光照时间保证正常光照，是硝酸盐在植物体内同化并降低其浓度的决定条件之一。露地和保护地条件下光照强度降低20％ ，蔬菜硝酸盐含量增加150％； 强光照下可使菠菜的硝酸盐含量较之弱光照来得低。正常光照条件下，光合作用良好，植株生长量大，吸入的硝酸盐可被稀释而不致积累太多，同时还促进硝酸还原酶的合成，程高其活性，并为硝酸还原提供能量，因此有利于硝酸盐含量的下降[17]。3．2．2 改善土壤水分供应状况研究表明，土壤水分充足时，蔬菜的生长量可提高％～％ ，而硝酸盐含量却降低％～ ％，硝酸盐还原酶活性也明显降低。因此，在蔬菜生产中应注意水分管理，避免由于缺水造成水分胁迫[17]。在干旱情况下，蔬菜的硝酸还原酶的合成受阻，分解加快，硝态氮积累显著增加。因此，在收获前几天进行灌水，可使硝酸盐含量下降。3．3 配合使用氮肥抑制剂为降低和控制蔬菜硝酸盐的含量，目前国外普遍采用氮抑制剂来抑制土壤硝化细菌的活性，从而达到减少土壤和蔬菜中硝酸盐积累的目的。在现有的氮抑制剂中，使用效果较好的首推双氰胺(DCD)。在氮肥中，添加10～20％的双氰胺与单施尿素相比，可使青菜茎叶中的硝酸盐含量降低10～30％。将双氰铵与碳铵一起施用效果更佳，可使叶柄和叶片中的硝酸盐含量减少25～45％。[18] 因此，蔬菜在施用氮肥时，应按纯氮量的10～20％添加双氰胺，与化肥拌匀后施用，控制硝酸盐积累的效果最佳。3．4 选育低富集硝酸盐的品种由于硝酸盐积累存在遗传差异，所以选育低积累的品种被认为是控制蔬菜硝酸盐含量的有效方法之一，低硝酸盐含量已成为育种的1个重要目标。国外有育成硝酸盐富集力弱的菠菜新品种的报道，但国内目前还没有选育成功低积累的蔬菜品种。随着对蔬菜硝酸盐积累的遗传规律的进一步认识，特别是随着现代分子生物技术的发展，利用基因工程选育低富集硝酸盐品种必将成为重要的发展方向。3．5 调整收获时期和时间由于不同生长发育阶段的蔬菜硝酸盐含量不同，一些蔬菜生长前期大于后期，所以，适当晚收有利于降低蔬菜中的硝酸盐，降低幅度可达数倍甚至数十倍。另外，光照、温度等外部因素对蔬菜硝酸盐积累也有明显影响。因此，生产中应根据1d内温度和光照变化的节奏确定适宜的收获时间，同时应根据光、温等条件的季节变化以及蔬菜生长发育进程确定适宜的收获时期。[20]4 存在的问题与展望目前，蔬菜体内硝酸盐的积累问题已引起广大科研工作者的关注，而且在这一领域的研究已取得了一些成果，但是，尚缺乏控制效果好、简单易行的方法。一些控制硝酸盐积累的措施目前还很难用于生产实践，另外一些方法控制效果不太明显，还有一些方法或观点虽在理论上成立，但目前还没有取得应用成果。我国目前蔬菜生产条件及农民的科技水平，特别是目前国内生产者对产量的追求以及消费市场对供应量的要求决定了在短期内难以显著降低氮肥的施用量（氮肥是蔬菜体内硝酸盐的主要来源），因此，不降低氮素投人，如何控制蔬菜硝酸盐积累就成为一个重要研究课题。针对这一研究目标，从营养互作，水氮互作等营养生理以及代谢方面出发进行NO3-的转化的基础研究就显得非常必要。另外，由于蔬菜种类繁多，遗传基础及适宜生长条件、同化利用硝酸盐能力差异较大，所以，无论是关于硝酸盐积累过程的基础研究还是控制措施的探讨均要有明确针对性。5 小结综上所述，通过调整施肥措施、改善生态条件、使用抑制剂、选育低富集硝酸盐的蔬菜品种、调整收获时期和时间等，对减少蔬菜中硝酸盐累积量有很大的作用，应该对菜农加强宣传，采用合理的技术措施来减少蔬菜中硝酸盐累积，既使菜农节约肥料成本、增产增收，又减小对消费者的危害。

植物在生长过程中，如果适当的添加一些科学技术，对于植物的健康成长是有一定的帮助的。下文是我为大家整理的关于植物生长的科学论文，希望能对大家有所帮助。

摘要：在长期的进化过程中，植物通过体内水分平衡即根系吸收水和叶片蒸腾水之间的平衡来适应周围的水环境。不同的水体对于水生植物的影响不尽相同，本文通过水体与水生植物的发展过程，分析了不同水体对水生植物的生长的影响。

关键词：水体;水生植物;水位;波浪;生长;影响

1水体与水生植物

概念

水体指的是液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部，下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环，不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。

水生植物一般指能在水中生长的植物。水生植物主要分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四大类，有时把一些水缘植物和喜湿植物也划归水生植物。水生植物具有保存生物多样性、净化水质、美化水景和固坡护岸的作用。

水体和水生植被的发展阶段

描述水生植被演替系列多通过植物群落的空间排列顺序(生态系列)来推断时间演替系列。水体沿岸带有沉水植物群落、挺水植物群落和湿生植物群落，它们代表了淡水水生植物群落演替的不同阶段。水生植被的演替以植被优势种的演替为代表。水生境中的原生演替是从藻类开始，路径是：藻类→沉水植被→浮叶植被→挺水植被→湿生植被→陆生植被，最终结局是水生植物和水体消失。逆向演替也称为退化，表现为其演替方向与原生演替相反。演替的结果是植被结构趋于简化，生物多样性下降。

任何水体一经产生就开始了在物理、化学和生物因子等方面的相互作用，早期环境因子起主导作用，到后期生物因子又占主导作用。同一生活型的不同水生植物可能是水体和水生植被不同发展阶段的代表性种类。例如，沉水植物苦草和竹叶眼子菜是水体发展早期的优势种，适宜水位波动大的环境，它们呈稀疏分布，群落生物量低。当水位逐步稳定后，水生植物的优势种可能更替为微齿眼子菜、黑藻和穗花狐尾藻等，水底密闭起来，群落生物量增加。

2水体水位对水生植物的影响

在自然生境中，水位很少保持不变，面对这种动态条件，植物通常会产生形态可塑性以及改变地下生物量和地上生物量的分配方式确保生存。对于整个群落而言，水位变动产生的影响也很显著。

植物形态的改变

以无性繁殖为主的水生植物，尤其是具有较遗传延展性的个体，能够通过改变植物本身的形态来适应水深在时空上较大的变化。如在深水里，蓖齿眼子菜的生活型从原来的毛刷型变为聚合型。这是有利的，能够增强植物的功能。各种生活型植物对于水深的变动呈现不同的形态。挺水植物对水位梯度的形态改变，主要包括生长形态、繁殖和生物量分配模式的改变。形态方面，主要包括叶柄伸长、异型叶的产生，茎长、茎数、茎直径、匍匐茎直径和匍匐茎等级的改变。如芦苇幼苗在淹没状态下其节间距会增长。这种增长有2个可能的机制，由于向周围水体释放的截短而导致乙烯浓度升高的或是由于溶氧减少导致乙烯产生增高的一种协调。在淹没期间，部分淹水植物所有的被淹没的叶子都会衰老，只有末端的叶子会偶尔幸存。繁殖的变化主要包括花期、花序长度、花瓣宽度以及繁殖器官干重等的改变。如芦苇在水位下降后其种子有很高的萌发率。浮叶根生植物改变的形态主要表现在叶和花。如水位上升，浮叶植物荇菜的叶柄迅速伸长，但是支撑叶片的叶柄和茎变得更脆弱。浮叶植物菱有相对发达的根系统，在一定范围内的水位变动下，菱仍能固定在底泥中，而且幼叶能通过叶柄的伸长维持在表面。水位的升高导致花以及芽苞被水淹，无法形成种子，水位降低并不会影响花和果实的产生。沉水植物的也很显著，如苦草在深水中具有较高的株高，叶更长更薄，因为在光强较弱的深水中合成单位干物质需要更多叶面积去获得光资源。而在水较浅时，光强太大会抑制其生长，叶子变成紫红色来调节对所需光资源的摄取。

植物数量的增加

水位对植物产生的另一个显著影响是改变其数量。对于不同生活型的植物而言，水深影响其生物量的机理是不一样的。水深直接地影响挺水植物群落的数量，通过减小光照强度间接地影响沉水植物群落数量。对于同 种植 物，水位的变动能改变地下数量和地上数量的分配比例。挺水植物随着水位的增加，茎重在整株数量中的比例上升，地下部分比例就会降低，分配到根和根状茎的数量降低，在风浪的作用下更容易被连根拔起。

植物物种的多样性

在沿岸带，通常水生植物生物多样性很高，其原因之一是水位波动使得沿岸带一直处于干扰状态。根据中度干扰法则，适度的干扰有利于物种多样性的提高。水位波动引起湿地种子库的再生也是重要原因，而且这种作用与洪涝和干旱发生的频率以及持续时间相关。水位的短期变动和长期变动，特别是水位下降，通过建立和破坏低多样性集群的外来物种入侵，从而影响物种多样性。水位下降是多种植物成功萌发和存活的先决条件，为适应浅水生活的物种建立创造了机会，也能支持新的外来物种的成功入侵。水位下降会阻止优势种控制整个群落，从而增加物种多样性。然而，在高水位条件下，很多湿地植物种的根茎萌发受抑制，降低了物种的多样性;如莱茵河畔在河流低泄量期间，夏季特大洪水会引起水生植物物种多样性减少。可见高水位和低水位对物种多样性的影响是不同的，相对于高水位，低水位的作用更显著而且有利。

3波浪形态的水体对水生植物的影响

江、河、湖岸浪蚀是这些水体顺向演替的自然过程，浪蚀淤积也是影响这些水体寿命的重要因素。在自然界随着水体的演替，岸坡趋缓并沉积土壤，为水生植物的生存繁衍创造了条件，植物的生长减缓了水岸的侵蚀，是演替的阻力，但植物体的腐烂沉积、水中有机质含量的大幅度提高，丰富了水体营养，提高了水体生物量，从这个角度说水生植物对整个水体的演替是有贡献的。

商住区和公共绿地内部的小水系一般来说范围小、禁航、水流缓慢，对岸线冲刷、侵蚀较小，对水生植物的种植生长影响不大。江河湖泊等水体由于风浪、船形波或水流急速冲刷给水生植物的种植、生存带来很大困难。如风浪和船形波将会直接或通过堤岸反射，强烈地直接拍打或摇动植物体，从而使植物叶片破碎、茎被折断，甚至植物体被连根拔起，影响植物的生长甚或导致其死亡。

4沼泽地对水生植物的影响

沼泽是指地表过湿或有薄层常年或季节性积水，土壤水分几达饱和，生长有喜湿性和喜水性沼生植物的地段。由于沼泽地土壤水多、缺氧，故沼生植物有发达的通气组织，有不定根和特殊的繁殖能力。沼泽可生长的水生植物很多，如萱草、泽泻、慈菇、海芋、花菖蒲、千屈菜、梭鱼草、小婆婆纳等。沼泽植被以挺水植物为主，多属于莎草科、禾本科及藓类和少数木本植物。

5结束语

水生植物具有观赏、净化以及生物多样性高的特点。水生植物及其环境是许多鸟类、鱼类和其他动物的栖息地和繁殖场所，在生物多样性保护方面具有重要意义。另一方面，水生植物及其环境又是一种脆弱的生态系统，易受到人类活动的影响。水体与水生植物关系也随着人类的活动影响，变得互动起来，水体的污染问题在水生植物的作用下也得到了很好的解决。

摘 要： 植物生长三维动画已经越来越广泛地应用在各个领域，如城市规划、影视娱乐、 广告 宣传等。对植物生长三维动画的研究内容、演示方式、动画特点进行归纳与概括。从软件技术的角度对植物生长三维动画的表现形式、研究现状、关键技术、制作 方法 、适用对象、优缺点进行研究、分析和比较，对该领域未来的发展趋势进行了展望。为有效推进植物数字可视化建设和提高动画创作效率提供参考。

关键词： 三维技术; 植物; 生长; 动画

0 引言

植物是大自然的重要组成部分，随着计算机三维动画技术的发展，植物生长三维动画被广泛应用于 教育 、科研、遥感、游戏、数字影视等众多领域。

1 植物生长三维动画的生长方式

经过大量的理论和实证研究， 总结 了植物生长三维动画方式，主要有以下几种。

⑴ 破土而出式

植物最初是生长在暗地里的一颗种子，慢慢破土而出，拔节而长，枝繁叶茂，开花结果。这类生长动画便于演示植物动态的生长过程，营造出生命和希望爆发的活力。

⑵ 藤蔓伸展式

不少影视作品和建筑艺术动画中都能看到藤蔓植物慢慢伸展，绝强地依附攀援，增加场景生机和活力的景象。除了绿化的作用，这类动画给人以在逆境中不屈服，顽强展示生命力和活力之意。

⑶ 层叠上升式

层叠上升式比较符合林木类植物的生长规律。植物按照一定的层次从地面节节往上拉升，叶子、花、果等则以粒子形态般急剧增长，就像地面赋予无穷无尽的生命力和活力一样，给人以强烈的视觉冲击和神奇的创意享受。

⑷ 迷幻障眼式

迷幻障眼式是植物生长中比较虚幻、神化的方式，好比变 魔术 ，往往借助于强烈光效、迷幻烟雾等效果来实现，光效、烟雾之后植物出现在面前。

图1 植物生长三维动画方式

2 植物生长三维动画关键技术

植物生长三维动画有许多方法。3ds max、MAYA等三维软件都带有植物模型，粒子系统也能实现植物生长动画效果。但是三维软件自带的植物模型种类较少，粒子系统又难以实现较为真实、自然的生长动画效果。植物插件的出现，能有效解决动画效果和创作效率上的问题，成为三维动画创作的热门工具。下面就几款主要的植物插件进行分析和比较，以助于提高应用者的动画创作效率。

Ivy Generator和Guruware Ivy插件

Ivy Generator是德国康斯坦茨大学开发的一款藤本三维软件，主要用于模拟以攀爬为主的藤本或草本植物的生长。通过对生长参数的调节，可随机生成不同形态的藤本植物模型。其特点是不需要应用复杂的植物生长机理模型，侧重于计算机图形学，迅速生成逼真的植物模型，追求基于视觉效果的真实性[1]。但Ivy Generator不能直接实现植物生长动画，只有将模型输出成OBJ和MLT材质物体，再导入3ds max等三维软件中制作动画效果。该插件的系统耗用较大，不适合表现大规模的植物场景[2]。

Guruware Ivy是Ivy Generator的改进版本。Guruware Ivy使用更方便，功能亦有增强，通过为Age(藤蔓年龄)属性设置关键帧可以轻松实现藤蔓生长、攀爬的动画效果[3]。

XFrog

XFrog是德国Greenworks公司开发的三维植物软件，可实现植物的直观交互建模和生长模拟。XFrog所有的树叶、枝干、花朵等都采用实物扫描，使得模型更加真实，开放的光年系统和层级的表现方式，使其操作性更简便，可控性更强[4]。XFrog在植物生长模拟过程中，通过关键帧动画实现，有两种方法。①起始和结束关键帧为同一关键帧。可以保证模型拥有相同的拓扑结构，生成动画较为平滑。但应尽量减少直接修改植物参数的操作，否则会大大降低动画的真实感。②起始和结束关键帧为不同关键帧。可以把起始关键帧的模型细化，缺点是XFrog插补的部分较多，不如第一种方法的动画效果平滑自然[5]。 GrowFX

GrowFX是俄罗斯Exlevel公司基于3ds max平台开发的一款植物插件，可创建参数化的树木、花草及其他植物模型，自由创建风力和生长动画效果，前提是要有GrowFX调节出来的未塌陷的文件[6]。GrowFX除了可使用官方的植物库资源，还有灵活的自由度。通过植物年龄、生长方向、风效、动画效果等随机参数的调节，快捷得到植物的其他形态。

Vue

Vue是一个专业的CG景观设计工具套组，可以制作出逼真的自然环境，还可以和3ds max等三维软件套用。Vue可以在现有植物库基础上进行再加工和改造，容易产生新的植物形态和物种，根据用户实际需要自由形成植物生长、形态变化等动画效果。Vue操作简便、场景表现逼真。云计算的建模方式、快速的渲染时间等特点，使得它特别适合表现自然空间大场景，主要用于中、远景表现[7-8]。

T-Gen插件

T-Gen是第一个完全整合进SoftImage|XSI的植物生成插件，拥有强大的灵活性和无穷的可能性。可以使用几乎所有XSI工具对其产生的植物模型、材质、层级结构做进一步修改。T-Gen各类参数几乎都可用于设置动画效果，强大的优化工具使其在植物生长动画方面有着快速、高效的优势。

SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro

SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro都是目前在建筑漫游动画和园林设计中比较常用的植物插件，拥有强大的植物库，模型真实感强，绘制效率高，支持植物动力学，可模拟风吹植物动画效果，分别适宜表现中近景和大片的远景植物[9-10]。但它们没有植物生长动画功能，凭借丰富的软件开发接口可以和3ds max等三维软件结合使用，以实现植物生长动画效果。

3 结束语

植物生长三维动画将缓慢的植物生长过程动态化、形象化展现。本文所介绍的几种植物三维生长动画关键技术，因各自不同的特点和优势，在表现一些大型的自然场景中，往往需要把多种方式相结合。

由于植物结构复杂，表面细节丰富，使其无论在三维建模、动态模拟方面都存在较大难度，以下问题有待进一步深入研究：①当前主要实现单株植物的三维模拟，缺乏对于大规模植物生长动画场景的模拟研究;②植物形态受到光照、风力、温度等自然环境因素影响，对更为复杂、逼真的植物生长交互模拟将是未来的一个重要研究方向。

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