Relationale Wachstumsgrammatiken
Download
1 / 72

Relationale Wachstumsgrammatiken und GroIMP: Spezifikation multiskalierter Struktur-Funktions-Modelle von Pflanzen mit 3 - PowerPoint PPT Presentation


  • 124 Views
  • Uploaded on

Relationale Wachstumsgrammatiken und GroIMP: Spezifikation multiskalierter Struktur-Funktions-Modelle von Pflanzen mit 3D-Grafik-Komponente http://www.grogra.de. Pflanzenmodelle: bisherige Ansätze in der Biologie. Prozessmodelle Einheiten: Stoffpools in Kompartimenten

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Relationale Wachstumsgrammatiken und GroIMP: Spezifikation multiskalierter Struktur-Funktions-Modelle von Pflanzen mit 3' - gilda


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Relationale Wachstumsgrammatiken

und GroIMP:

Spezifikation multiskalierter Struktur-Funktions-Modelle von Pflanzen mit 3D-Grafik-Komponente

http://www.grogra.de


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Pflanzenmodelle: bisherige Ansätze in der Biologie

  • Prozessmodelle

  • Einheiten: Stoffpools in Kompartimenten

  • Flüsse zwischen den Pools

  • Umweltfaktoren

Beispiel:

Modell der Ozon-wirkung

(Martin et al. 2000)



Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Prozessmodelle – Nachteile:

  • mangelhaft repräsentierte räumliche Struktur

  • Parameterfitting, bei großen Modellen zu viele Freiheitsgrade

  • keine Repräsentation der Objekte, mit denen der Pflanzenzüchter /

  • Botaniker / Agronom arbeitet

  • (b) Strukturmodelle

  • Einheiten: Organe / Module der Pflanze

  • (botanisch sinnvolle und visualisierbare Einheiten!)

  • Konkurrenzeffekte (Licht, Raum, Bodenressourcen) ergeben sich (z.T.) aus dem Modell

  • Parameter überschaubar, messbar


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Strukturmodelle – Beispiele:

L-System-basierte Modelle

(siehe später)

Kurth 1998,

1999

Prusinkiewicz & Lindenmayer 1990



Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

AMAP (de Reffye et al., seit 1976, CIRAD, Montpellier):

Atelier de la Modélisation de l'Architecture des Plantes

  • - modelliert die Aktivität von Meristemen

  • entwickelt in enger Zusammenarbeit von Informatikern und Biologen

  • weiterentwickelt über die letzten 25 Jahre: Aufnahme neuer Ideen (Markoffketten-Modelle, Referenzachse, Kohlenstoff-Allokations-Modelle...)

  • verschiedene, divergierende Software-Systeme für verschiedene Zwecke


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

XFROG (Deussen & Lintermann):

• interaktives System zur Pflanzenmodellierung, das sich am

Szenengraphen-Konzept orientiert

• botanisch nur schwach fundiert, keine Wachstumsmodellierung

• aber grafisch zufriedenstellende Ergebnisse

• hohe Form-Flexibilität


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Strukturmodelle – Nachteile:

• keine (oder wenig) Berücksichtigung der funktionalen Aspekte

von Pflanzen

• kein Stoffhaushalt, keine Kopplung mit niedrigen Skalenebenen


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Logistische Sigmoidfunktion mit 3 Parametern

(c) aggregierte Modelle (statistische Modelle)

Beschreibung eines Kollektivs (räumlich / zeitlich) mit Mitteln der Statistik (Momente, Korrelation, Regressionsrechnung etc.)

Beispiel: Modell der Blattstreckung bei Gerste (Buck-Sorlin 2004)



Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Struktur-Funktions-Modelle von Pflanzen

(Functional-structural plant models, FSPM):

Verbindung der beiden unteren Ecken

des Dreiecks

Vorgehensweise:

Verteilung der Prozesse

auf die Module

Hilfsmittel:

OOP

aus Breckling (1996)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Beispiel ALMIS

(Eschenbach 2000)



Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Nachteile bisheriger ad hoc - FSPMs: 2000; METLA 2006)

  • Einzellösungen, oft stark spezialisiert

  • umfangreicher, komplexer Quellcode,

  • der technische Einzelheiten gemischt mit

  • fundamentalen Modellstrukturen enthält



Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

? 2000; METLA 2006)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

2000; METLA 2006)in bisherigen Struktur-Funktions-Modellen

wird oft nur 1 Konkurrenzfaktor,

bzw. 1 funktionaler Aspekt behandelt

  • Ziel: "Metasprache" für alle Typen von

    Pflanzenmodellen – Wachstumsgrammatik

  • Verbesserung der Transparenz,

  • der Vergleichbarkeit und Kombinierbarkeit von Modellen,

  • der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse

  • zusätzlich: Kompatibilität mit leistungsfähigen Grafik-Tools



Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

klassisches Simulationsprogramm 2000; METLA 2006)

Interpreter für

Wachstumsgrammatiken


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

erster Ansatz: L-Systeme (Lindenmayer-Systeme) dafür verwenden

analog zu Grammatiken für natürliche Sprachen

in jedem Ableitungsschritt parallele Ersetzung aller Zeichen, auf die eine Regel anwendbar ist

von A. Lindenmayer (Botaniker) 1968 zur Modellierung des Wachstums von fadenförmigen Algen eingeführt


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • mathematisch: verwenden

  • Ein L-System ist ein Tripel (, , R); darin ist:

  • eine Menge von Zeichen, das Alphabet,

  • eine Zeichenkette mit Zeichen aus , das Startwort (auch "Axiom"),

    R eine Menge von Regeln der Form

    Zeichen  Zeichenkette;

    darin sind das Zeichen auf der linken Regelseite und die Zeichenkette aus  entnommen.


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Ein verwendenAbleitungsschritt (rewriting) einer Zeichenkette  besteht aus der Ersetzung aller Zeichen in , die in linken Regelseiten von R vorkommen, durch die entsprechenden rechten Regelseiten.

  • Man vereinbart: Zeichen, auf die keine Regeln anwenbar sind, werden unverändert übernommen.

  • Ergebnis zunächst nur:

  • Ableitungskette von Wörtern, die sich durch wiederholte Anwendung des rewriting-Vorgangs aus dem Startwort ergeben.

  • 123 ....


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Beispiel: verwenden

Alphabet {A, B}, Startwort A

Regelmenge R:

A  B

B  AB

Ableitungskette:

A  B  AB  BAB  ABBAB  BABABBAB

 ABBABBABABBAB  BABABBABABBABBABABBAB

 ...

wie lang ist die n-te Zeichenkette in dieser Ableitung?


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

was für die Modellierung von räumlichen Strukturen noch fehlt:

eine geometrische Interpretation

Füge also zur Def. eines L-Systems hinzu:

eine Abbildung, die jeder Zeichenkette mit Zeichen aus  eine Teilmenge des 3-dimensionalen Raumes zuordnet


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

was für die Modellierung von räumlichen Strukturen noch fehlt:

eine geometrische Interpretation

Füge also zur Def. eines L-Systems hinzu:

eine Abbildung, die jeder Zeichenkette mit Zeichen aus  eine Teilmenge des 3-dimensionalen Raumes zuordnet

dann: "interpretierte" L-System-Abarbeitung

123 ....



S1S2S3 ....

S1, S2, S3, ... können als Entwicklungs- oder Entwurfsstufen eines Objekts interpretiert werden.


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Als Interpretationsabbildung wird meistens gewählt: fehlt:

Turtle geometry ("Schildkrötengeometrie")

befehlsgesteuertes, lokales Navigieren im 2D- oder 3D-Raum (Abelson & diSessa 1982; vgl. Programmier-sprache "LOGO")


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Als Interpretationsabbildung wird meistens gewählt: fehlt:

Turtle geometry ("Schildkrötengeometrie")

befehlsgesteuertes, lokales Navigieren im 2D- oder 3D-Raum (Abelson & diSessa 1982; vgl. Programmier-sprache "LOGO")

"Turtle": Zeichen- oder Konstruktionsgerät (virtuell)

- speichert (grafische und nicht-grafische) Informationen

- mit einem Zustandsspeicher assoziiert (wichtig für Verzweigungen)

- aktueller Zustand der Turtle enthält z.B. Information über aktuelle Liniendicke, Schrittweite, Farbe, weitere Eigenschaften des als nächstes zu konstruierenden Objekts


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Der Turtle-Befehlsvorrat wird zu einer Untermenge der Zeichenmenge  des L-Systems. Symbole, die nicht Turtle-Befehle sind, werden von der Turtle ignoriert.

Befehle (Auswahl):

F0 "Forward", mit Konstruktion eines Elements

(Linienstück, Segment, Gebäudetrakt...),

benutzt wird die aktuelle Schrittweite für die Länge

(die Null steht für "keine explizite Längenfestlegung")

M0 forward ohne Konstruktion (Move-Befehl)

L(x) ändere die aktuelle Schrittweite (Länge) zu x

LAdd(x) inkrementiere die aktuelle Schrittweite um x

LMul(x) multipliziere die aktuelle Schrittweite mit x

D(x), DAdd(x), DMul(x) analog für die aktuelle

Dicke


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

RU(45) Zeichenmenge Drehung der turtle um die "up"-Achse um 45°

RL(...), RH(...) analog um "left" und "head"-Achse

up-, left- und head-Achse bilden ein rechtwinkliges, räumliches Koordinatensystem, das von der turtle mit-geführt wird

RV(x) Rotation "nach unten" mit durch x vorgegebener Stärke

was ist das Ergebnis der Interpretation der Zeichenkette

L(10) F0 RU(45) F0 RU(45) LMul(0.5) F0 M0 F0?


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Wiederholung von Abschnitten der Zeichenkette möglich mit dem Schlüsselwort "for"

z.B. for ((1:3)) ( A B C )

liefert A B C A B C A B C

was ist das Ergebnis der Interpretation von

L(10) for ((1:6))

( F0 RU(90) LMul(0.8) ) ?


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Verzweigungen: Realisierung mit Speicher-Befehlen dem Schlüsselwort "

[ lege aktuellen Zustand auf Speicher ("Ablage")

] nimm obersten Zustand von der Ablage und mache diesen zumaktuellen Zustand (damit: Ende der Verzweigung)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Beispiel: dem Schlüsselwort "

Regeln

a  F0 [ RU(45) b ] a ;

b  F0 b ;

Startwort L(10) a

(a und b werden normalerweise nicht geometrisch interpretiert.)

(in der Abbildung wurde F statt F0 geschrieben)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

was für eine Struktur liefert das L-System dem Schlüsselwort "

A  [ LMul(0.25) RU(-45) F0 ] F0 B;

B  [ LMul(0.25) RU(45) F0 ] F0 A;

mit StartwortL(10)A ?


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

was für eine Struktur liefert das L-System dem Schlüsselwort "

A  [ LMul(0.25) RU(-45) F0 ] F0 B;

B  [ LMul(0.25) RU(45) F0 ] F0 A;

mit Startwort L(10)A ?

äquivalente Regel:

A  [ LMul(0.25) RU(-45) F0 ] F0 RH(180) A;


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Weitere Beispiele: dem Schlüsselwort "

Koch'sche Kurve:

 L(50) RU(90) A F0;

A  A LMul(0.3333); /* Skalierung */

F0  F0 RU(-60) F0 RU(120) F0 RU(-60) F0;

jedes Linienstück wird durch 4 neue Linienstücke ersetzt (3. Regel); Skalierung durch Hilfssymbol A, welches sich in jedem Schritt reproduziert und dabei jeweils einen zusätzlichen Faktor 1/3 erzeugt (2. Regel).

Das Startwort ist hier "  ".


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Ausgabe nach 6 Schritten: dem Schlüsselwort "


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Sierpinski-Dreieck (Realisierung als geschlossene Kurve, Verwendung von Hilfssymbol X für Insertion des inneren Dreiecks):

 L(50) RU(90) B F0 X F0 RU(-120) F0 F0 RU(-120) F0 F0;

F0  F0 F0;

X  RU(-120) F0 X F0 RU(120) F0 X F0 RU(120) F0 X F0 RU(-120);

B  B LMul(0.5);


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Verzweigungsbeispiel: Verwendung von Hilfssymbol

F0 F0 [ RU(25.7) F0 ] F0 [ RU(-25.7) F0 ] F0 ;

Ergebnis nach 7 Schritten:

(Startwort L(10) F0)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Verzweigung, alternierende Zweigstellung und Verkürzung: Verwendung von Hilfssymbol

 L(10) F0 A ;

A  LMul(0.5) [ RU(90) F0 ] F0 RH(180) A ;


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

welche Struktur liefert Verwendung von Hilfssymbol

 F(10) A ;

A  [ RU(-60) F(6) RH(180) A Sphere(3) ]

[ RU(40) F(10) RH(180) A Sphere(3) ];

Sphere  Z; ?

(F(n) liefert Linie der vorgegebenen Länge n,

Sphere(n)eine Kugel mit Radius n)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Erweiterung des Konzepts: Verwendung von Hilfssymbol

  • Lasse reellwertige Parameter nicht nur bei Turtle-Kommandos wie "RU(45)" und "F(3)" zu, sondern bei allen Zeichen

  • parametrische L-Systeme

    beliebig lange, endliche Parameterlisten

  • Parameter werden bei Regel-Matching mit Werten belegt

  • Beispiel:

  • Regel A(x, y)  F(7*x+10) B(y/2)

  • vorliegendes Zeichen z.B.: A(2, 6)

  • nach der Regelanwendung: F(24) B(3)

  • Parameter können in Bedingungen abgeprüft werden

  • (Bedingungen mit Java-Syntax):

  • A(x, y) (x >= 17 && y != 0)  ....


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Welche Struktur wird von folgendem L-System erzeugt? Verwendung von Hilfssymbol

 [ RU(90) M(1) RU(90) A(1) ] A(1);

A(n)  F(n) RU(90) A(n+1);


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Welche Struktur wird von folgendem L-System erzeugt? Verwendung von Hilfssymbol

 [ RU(90) M(1) RU(90) A(1) ] A(1);

A(n)  F(n) RU(90) A(n+1);

Variante:

in der zweiten Regel "RU(90)" etwa durch "RU(92)" ersetzen.


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Nachteile von L-Systemen: Verwendung von Hilfssymbol

• in L-Systemen mit Verzweigungen (über Turtle-Kommandos)

nur 2 mögliche Relationen zwischen Objekten:

"direkter Nachfolger" und "Verzweigung"

Erweiterungen:

• Zulassen weiterer Relationstypen (beliebig wählbar)

• Zulassen von Zyklen (Graph-Grammatik)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

• Grammatik modifiziert direkt den Graphen, Umweg über String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

"relationale Wachstumsgrammatik"


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

außerdem Nachteil der Turtle-Interpretation von L-Systemen: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)Segmente sind nur Zylinder, keine Objekte im Sinne der OOP

 Erweiterungen:

• Knoten des Graphen können beliebige Objekte sein

(auch Grafikobjekte)

• Einbettung von Code einer höheren, imperativen

oder objektorientierten Programmiersprache in die Regeln

(für uns: Java)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Relationale Wachstumsgrammatiken (RGG) String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

Aufbau einer Regel einer RGG:


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

eine RGG-Regel und ihre Anwendung in grafischer Form: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

Regel:

Anwendung:

Regel in Textform:i -b-> j -a-> k -a-> i ==> j


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Kanten-Markierungen String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)repräsentieren verschiedene Arten

von Relationen:

• ist Nachfolger von

• enthält

• trägt als Seitentrieb

• codiert (genetisch)

• ist gepaart mit

• (...)

 auch möglich: Darstellung von multiskalierten Strukturen


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

RGG als Verallgemeinerungen von L-Systemen: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

Zeichenketten entsprechen speziellen Graphen

In Textform schreiben wir allgemeine Kanten als -edgelabel->

Kanten des speziellen Typs "Nachfolger" werden als Leerzeichen geschrieben (statt -successor->)

Sonderformen von RGG-Regeln:

Aktualisierungsregeln ( C,(E) ::> P ): es werden nur Parameter verändert

Instanzierungsregeln: einzelne Module werden in Substrukturen expandiert, ohne Einfluss auf den nächsten Entwicklungsschritt

(vgl. Multiplikator-Knoten bei XFROG)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Realisierung dieser Konstrukte in einer Programmiersprache: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

Sprache XL (eXtended L-system language)

• RGG-Regeln in Blöcken organisiert

 Kontrolle der Reihenfolge der Regelanwendungen

• Turtle-Kommandos als Knoten erlaubt

• Knoten sind Java-Objekte

• Sprache Java als Rahmen für die gesamte RGG

 Benutzer kann Konstanten, Variablen, Klassen... definieren


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

XL wird interpretiert von der interaktiven 3D-Plattform String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)GroIMP(Growth-grammar related Interactive Modelling Platform)

• GroIMP stellt Objekte für die 3D-Visualisierung bereit.

Diese können in XL verwendet werden (analog zur Turtle-Grafik in klassischen L-Systemen).

• GroIMP ist ein open source-Projekt; siehe

http://www.grogra.de.


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Beispiel für RGG-Anwendung: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

  • Signalausbreitung in einem Netzwerk

  • Zellen mit zwei Zuständen (0 oder 1) – codiert als Attribut

  • (Knoten-Markierung) "state"

  • nur eine RGG-Regel:

  • (* c1: Cell *) c2: Cell, (c1.state == 1) ==> c2(1)

grafische Darstellung der Regel:

(schattiert: Kontext)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

2 String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

3

1

Anwendung auf ein gegebenes Netzwerk:

Verfeinerung:

Verwendung reellwertiger Zustände (für Konzentrationen...)

und von Regeln, die typische Reaktionskinetiken darstellen

 Simulation von Reaktions- und Transportnetzwerken


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Alignment homologer Allele


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Beispiel Gerstenmodell: Gibberellinsäure (GA String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)1) steuert die Streckung der Spross-Segmente

Synthese von GA im Organismus


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Regeln: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

Substratkonzentrationen:

Cell [s:GA19] [p:GA20] [f:GA1] ::>

competitiveInhibition(s, p, f, Vmax, Km, KI)

Transport:

Cell [a:GA19] -predecessor-> Cell [b:GA19] ::>

{

double r = C * a.concentration;

a.concentration :-= r*T;

b.concentration :+= r*T;

}

Internodienstreckung:

i:Internode [s:GA1] ::> i.length :+= L*s.concentration*T;

prozedural

implementiert


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

simulierte Pflanze String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

in gerenderter

3D-Darstellung


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Wachstum einer Gerstenpflanze: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)Zwerg-Mutante

  • Produktion von GA19 gehemmt

  • Blätter sichtbar

  • Konzentrations-Zylinder weggelassen


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Gersten-Züchtungsmodell String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

mit interaktiver Auswahl der Eltern-Individuen

und Simulation der Nachkommenschaft


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

Rapsmodell String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

(Diplomarbeit

Christian Groer)


Relationale wachstumsgrammatiken und groimp spezifikation multiskalierter struktur funktions modelle von pflanzen mit 3 1337452

  • Themen für Studien-, Diplom-, Bachelor-, Masterarbeiten: String-Codierung entfällt (bzw. wird nur noch für Regel-Input gebraucht)

  • Ausbau von GroIMP durch Interpolationsmöglichkeiten und dynamische Animation

  • Erweiterung von GroIMP durch neue Rendering-Möglich-keiten (GPU-Ausnutzung) und Funktionen zur Bilderstellung

  • Einsatz von RGG zur künstlichen Evolution von Pflanzen

  • Implementation von Analysetools, grafischen Editor-funktionen und Schnittstellen in GroIMP (insbes. VRML)

  • Effizientes Graph-Matching für die RGG-Anwendung

  • Interaktives Gerstenmodell mit Genauswahl über http-Protokoll für webbasiertes Arbeiten

  • ....