Wie erstelle ich eine zufällige 3D-Domäne, die die Wurzelstruktur einer Pflanze darstellt?

Ich möchte den laminaren Wasserfluss von den Wurzeln zum Stängel einer Pflanze modellieren. Ganz am Ende der Wurzeln variieren die Röhren in Durchmesser und Länge von Millimeter bis Zentimeter. Je näher wir dem Stamm kommen, desto größer werden die Wurzeln in Länge und Durchmesser. Ich möchte zufällige 3D-Domänen erstellen, die das Netzwerk von Wurzeln mit unterschiedlichen Durchmessern und Längen darstellen. Was wäre der beste Weg, um diese Geometrie zu erstellen.

Wahrscheinlich möchten Sie nichts wirklich Zufälliges. Sie möchten etwas, das dieselbe abstrakte 3D-Struktur wie ein Pflanzenwurzelsystem hat, aber über eine bestimmte Abstraktionsebene hinaus interessiert es Sie nicht, wie das Wurzelsystem aussieht. Ich nehme an, Sie möchten auf irgendeine Weise 3D-Fraktaldomänen der in diesem Artikel erwähnten Art generieren , die die Berechnung der fraktalen Dimensionen von Wurzelsystemen beschreiben .

Nachdem ich diesen Artikel über die fraktale Analyse der Effizienz der Bodenerkundung durch Wurzelsysteme gelesen hatte , fand ich das SimRoot- Paket, das aussieht, als würde es 3D-Wurzelsystemgeometrien erzeugen, die Sie interessieren könnten. Leider versäumen sie es, eine Möglichkeit zum Herunterladen ihres Pakets bereitzustellen. Ihre Website enthält jedoch Links zu anderen Paketen, die Root-Systeme modellieren, z. B. PlantGL aus INRIA, das Open Source ist.

Natürlich müssen Sie nach dem Erstellen der Geometrie herausfinden, wie Sie die relevanten Daten in einem kompatiblen Format extrahieren und in PDE-Simulationen verwenden können. Ich überlasse diesen Teil dir.

Sie können auch Code von Leuten ausleihen, die NeuroML für Dendriten verwenden. Wenn Sie möchten, kann ich Code hochladen, der Röhren aus NeuroML generiert.

Ich finde die Antwort von Geoff Oxberry sehr gut. Es bietet sofort einsatzbereite Lösungen.

Wenn du alleine gehen willst:

• Die genannten L-Systeme können unter Umständen wurzelartige Strukturen erzeugen, wenn Sie die richtigen Regeln angeben. Es gibt dieses Buch über "Die algorithmische Schönheit von Pflanzen" , das sich jedoch nicht mit Wurzelsystemen befasst.

• Diffusionsbegrenzte Aggregationsprozesse können auch wurzelartige Strukturen erzeugen. Wenn Sie Kugeln aggregieren und einmal aggregiert die boolesche Vereinigung der Struktur erzeugen, wird das Volumen direkt vernetzt (Glättung erforderlich, fast sicher).

Wie gesagt, es gibt nicht viele Lösungen, aber vielleicht helfen dir die Ideen. Wenn Sie etwas implementieren, vergessen Sie nicht, es mit einer kostenlosen Lizenz freizugeben! : D

Etwas, das für Sie hilfreich sein könnte, ist das folgende Papier:

Olga Wildeotter: "Eine adaptive numerische Methode für die Richards-Gleichung mit Wurzelwachstum", Plant and Soil, 2003

Sie behandeln nur ein 2D-Modell und simulieren mithilfe eines Zellularautomaten das Wachstum. Es bezieht sich jedoch nicht direkt auf Ihre Frage.