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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
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"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")
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Klassifizierung von Modellen
b) Modellbildung als Planungs- und Entschei-dungshilfeBeispiel: Wettervorhersage
a) Modellbildung als ForschungsinstrumentBeispiel: E-CELL-Projekt
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Klassifizierung von Modellenqualitative vs. quantitative Modelle
qualitatives Modell:Astgabelung
quantitatives Modell: parametrisches Fichtenmodell, basierend auf biometrischen Messungen und botanischen Beobachtungen
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Klassifizierung von Modellen
• verschiedene Skalen-bzw.
Hierarchieebenen• auf der
Individuenebene: Struktur Prozess
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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
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Struktur-Funktions-Modelle
modularer Aufbau,Kombinationvon 3-D-StrukturenundProzessen
(aus Breckling 1996)
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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
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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
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STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE
Bsp. LIGNUM (Perttunen et al. 1996)
Prinzip des modularen Aufbaus einer Kiefer in LIGNUM
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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
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STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLE
Bsp. vlab/cpfg/L-Studio (Prusinkiewicz et al. 1996, u.a.)
Modellierung der Lichtkonkurrenz zwischen zwei Nadelbäumen
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STRUKTUR-FUNKTIONS-MODELLEBsp. GROCOM (Kurth 1999)
• entspricht einer Kombination aus LIGNUM + GROGRA • Berücksichtigung von C-Haushalt und Licht
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L-Systemeparallele string-rewriting-Systeme, hier mit einer geometrischen(morphologischen) Semantik versehen
Wachstumsgrammatiken:stochastische, sensitive L-Systeme mit Interpretationsregeln, lokalen Variablen und "object instancing"
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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