Strukturmodelle: Systematik, State of the Art bearbeitet von: Dr. Gerhard Buck-Sorlin Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben.

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1 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 - ELAN Institut für Forstliche Biometrie und Informatik Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie der Georg-August-Universität Göttingen

2 "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")

3 Klassifizierung von Modellen b)Modellbildung als Planungs- und Entschei- dungshilfe Beispiel: Wettervorhersage a)Modellbildung als Forschungsinstrument Beispiel: E-CELL-Projekt

4 Klassifizierung von Modellen qualitative vs. quantitative Modelle qualitatives Modell: Astgabelung quantitatives Modell: parametrisches Fichtenmodell, basierend auf biometrischen Messungen und botanischen Beobachtungen

5 Klassifizierung von Modellen verschiedene Skalen-bzw. Hierarchieebenen auf der Individuenebene: Struktur  Prozess

6 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

7 Struktur- Funktions- Modelle modularer Aufbau, Kombination von 3-D- Strukturen und Prozessen (aus Breckling 1996)

8 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

9 STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE Visualisierung des Schnittholzes in einem virtuellen (simulierten) Stamm (de Reffye et al. 1997) Simulation eines Bestandes der Seestrandkiefer (Pinus maritima): Einfluss der Konkurrenz um Platz auf die innere Stammstruktur

10 STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE Bsp. LIGNUM (Perttunen et al. 1996) Prinzip des modularen Aufbaus einer Kiefer in LIGNUM

11 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

12 STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE Bsp. vlab/cpfg/L-Studio (Prusinkiewicz et al. 1996, u.a.) Modellierung der Lichtkonkurrenz zwischen zwei Nadelbäumen

13 STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE Bsp. GROCOM (Kurth 1999) entspricht einer Kombination aus LIGNUM + GROGRA Berücksichtigung von C-Haushalt und Licht

14 L-Systeme parallele string-rewriting-Systeme, hier mit einer geometrischen (morphologischen) Semantik versehen Wachstumsgrammatiken: stochastische, sensitive L-Systeme mit Interpretationsregeln, lokalen Variablen und "object instancing"

15 Änderung der Regeln Source- code Programm Input- Daten Output- Daten Programm (Regel- interpreter) klassisches Simulationsprogramm Änderung der Regeln Regelsystem (Metasprache) Input- Daten Output- Daten Interpreter für Wachstumsgrammatiken