Strukturmodelle: Systematik, State of the Art

bearbeitet von:Dr. Gerhard Buck-Sorlin

Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben

Im Rahmen des Projekts

"Grogra mit ELAN:Eine interaktive CDROM zum Studium der

Erstellung und Analyse von Strukturmodellen mit der Modellschale Grogra"

Elearning Academic Network Niedersachsen - ELANInstitut für Forstliche Biometrie und Informatik

Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie der Georg-August-Universität Göttingen

"Modell" und "Simulation"

"Modell": Jedes Abbild der Realität- Porträt- Landkarte- Regressionsgerade- chemische Formel- Ertragstafel einer Baumart- 3D-Simulationsmodell einer Eiche (auf Computer implementiert)

Keine Modelle in diesem Sinne sind: - Programmiersprache C- Computer- Grogra

"Simulation": Ergebnis der algorithmischen Umsetzung und Realisation des Modells auf einem Computer ("Virtuelle Realität")

Klassifizierung von Modellen

b) Modellbildung als Planungs- und Entschei-dungshilfeBeispiel: Wettervorhersage

a) Modellbildung als ForschungsinstrumentBeispiel: E-CELL-Projekt

Klassifizierung von Modellenqualitative vs. quantitative Modelle

qualitatives Modell:Astgabelung

quantitatives Modell: parametrisches Fichtenmodell, basierend auf biometrischen Messungen und botanischen Beobachtungen

Klassifizierung von Modellen

• verschiedene Skalen-bzw.

Hierarchieebenen• auf der

Individuenebene: Struktur Prozess

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE- 3D-Struktur, Module (Sprosse, Blätter...)- in den Modulen laufen Prozesse ab- Wirkung der Prozesse auf Entwicklung der Struktur

- z.B. Transpiration Stomata-Öffnung Produktivität lokales Wachstum:

LIGNUM (Perttunen et al. 1996)

: Position der S-F-Modelle im Schema

Struktur-Funktions-Modelle

modularer Aufbau,Kombinationvon 3-D-StrukturenundProzessen

(aus Breckling 1996)

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE

echte vs. unechte

Bestandsmodell JTRAGIC (Bitoek,Bayreuth) mit unechten "Pseudo"-Strukturen

Mit der Modelliersoftware AMAPsim(Cirad, Montpellier) simulierte Ent-wicklung der Schwarzkiefer

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE

Visualisierung des Schnittholzes in einem virtuellen (simulierten) Stamm

(de Reffye et al. 1997)

Simulation eines Bestandesder Seestrandkiefer (Pinus maritima):Einfluss der Konkurrenz um Platzauf die innere Stammstruktur

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE

Bsp. LIGNUM (Perttunen et al. 1996)

Prinzip des modularen Aufbaus einer Kiefer in LIGNUM

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE

Bsp. vlab/cpfg/L-Studio (Prusinkiewicz et al. 1996, u.a.)

Modellierung des Eigengewichts von Ästen.

Modellierung der Interaktion von Insekt und Pflanze mit einem kontextsensitiven L-System

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE

Bsp. vlab/cpfg/L-Studio (Prusinkiewicz et al. 1996, u.a.)

Modellierung der Lichtkonkurrenz zwischen zwei Nadelbäumen

STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLEBsp. GROCOM (Kurth 1999)

• entspricht einer Kombination aus LIGNUM + GROGRA • Berücksichtigung von C-Haushalt und Licht

L-Systemeparallele string-rewriting-Systeme, hier mit einer geometrischen(morphologischen) Semantik versehen

Wachstumsgrammatiken:stochastische, sensitive L-Systeme mit Interpretationsregeln, lokalen Variablen und "object instancing"

Änderung der Regeln

Source-code

ProgrammInput-Daten

Output-Daten Programm

(Regel-interpreter)

klassisches Simulationsprogramm

Änderung der Regeln

Regelsystem(Metasprache)

Input-Daten

Output-Daten

Interpreter für Wachstumsgrammatiken