Как 3D-сканирование помогает прогнозировать урожайность зерновых культур

В чем заключалась задача?

Райграс многолетний (Lolium perenne) — хорошо приспособленная к холоду злаковая культура, которая используется во многих странах для кормления скота. Ежегодно часть потенциального урожая теряется из-за преждевременного осыпания семян.

Чтобы точно определить, какие линии семейства райграса менее склонны к преждевременному осыпанию, необходимо проанализировать колоски сотен растений, измерить, насколько плотно они удерживают семена, а также их высоту и длину.

Исследователь Трэвис Таббс понял, что ему необходим быстрый и неразрушающий метод, чтобы измерить параметры 160 колосков райграса шесть-восемь раз в полевых условиях. Целью было выявить конкретные растения с наиболее желательными характеристиками для селекционеров и фермеров.

Проблемы ручных измерений

Традиционный метод исследования предполагал срезание растения и доставку его в лабораторию для анализа. Там характеристики растения тщательно изучались и измерялись с помощью линеек и штангенциркулей.

Такой метод не дает полного и ясного представления о цикле роста растения. После того, как колосок уничтожен, уже невозможно сказать, как он будет развиваться и как будет выглядеть завтра.

Цифровое оборудование

В поисках новой технологии для быстрых и эффективных измерений исследователь решил опробовать 3D-сканер, конкретно — профессиональный ручной Artec Space Spider.

Преимущества 3D-сканирования

С помощью Artec Space Spider измерение каждого колоска с субмиллиметровой точностью занимало считанные минуты. Трехмерные сканы помогли исследователям получить подробное представление о цикле роста и топографической структуре растений. Сканирование обеспечило более чем достаточно данных для анализа.

Как проводились измерения?

В течение двух лет Таббс в определенные дни выезжал в поле до восхода, находил растения, которые хотел измерить, и проводил быстрое сканирование. Через несколько часов он прекращал работу, чтобы вечером к ней вернуться.

Artec Space Spider позволял работать всю ночь несмотря на минимальное освещение. В общей сложности под присмотром Таббса находилось 640 растений райграса. Из них сканировалась 1/4.

Перед каждым сканированием Таббс отмечал колосок, а через неделю снова его сканировал. Он повторял этот процесс 3-4 раза, после чего мог с уверенностью сказать, как выглядел каждый колосок в динамике.

Из 40 семян Таббс вырастил, а затем отобрал четыре наиболее репрезентативных представителя их генетического семейства. В результате каждый из четырех генотипов был повторен в 40 экземплярах. Все они были случайным образом высажены на большом поле, чтобы исключить влияние факторов окружающей среды на анализ.

Как лазерное 3D-сканирование помогает в лесном хозяйстве >>

Каждое растение из 160 экземпляров было оцифровано 6-8 раз за время проекта. Сотни высококачественных 3D-сканов, которые предоставили огромное количество точных и наглядных данных о том, какие растения наименее подвержены осыпанию семян и почему.

Благодаря сканированию исследователь смог количественно оценить каждый колосок с точностью до миллиметра. Дополнительно Таббс экспортировал 3D-сканы в ПО, где смог разделить каждый колос на тысячи круглых срезов. Это позволило изучить анатомию растения в мельчайших деталях.