Functional-Structural Plant Models

Author: Ditdit Nugeraha Utama

Faculty of Mathematics and Informatics, Göttingen University
@Göttingen - Germany, October 15, 2012

Bismillah...

Abstract

Computer based modeling paradigm - Functional-Structural Plant Models (FSPM) - used to be a basis of thinking to construct plant behavior model. By using three characterized models: morphology, physiology and statistics; the plant behavior - as concerned problem of the research - be simplified structurally. Furthermore, based on the combination of three programming paradigms - imperative, object oriented and rule based programming - as methods used to conduct the research; the dynamic model of plant would be developed. In addition, XL-systems (eXtended of L-systems) language realized in GroIMP modeling software platform, is a programming language used to develop the model. All in all, this article would introduce the FSPMs.

Keywords: functional-structural plant models, XL-systems, GroIMP modeling software platform

Paparan Isi Artikel

Contoh Model Sederhana 1
(Utama, 2012)

Dilihat dari judul artikel ini, kandungan maknanya memang sangat mudah untuk dipahami; judul yang menggambarkan kentalnya aroma modeling - tentunya computer based modeling - sebagai area penelitian; judul yang menunjukkan spesifiknya objek penelitian yang digarap, plant; pun judul yang menyatakan konsentrasi pembahasan - yang memungkinkan kajian lebih dalam dan rumit - pada aspek functional dan structural; namun - semua ini - tidaklah semudah cerna singkat yang hanya terlintas pada judul semata, perlu sebuah effort besar untuk mampu mendalaminya. Ya, itulah sebuah judul awal - cikal bakal - dari mana penelitian - yang sedang aku geluti - ini dimulai. Sebuah penelitian yang spesifik pada area penelitian permodelan dinamis barbasis komputer; dengan objek - yang juga dinamis berdasarkan data berbasis waktu - yaitu tumbuhan, dalam hal ini aku spesifikan lagi hanya pada tumbuhan padi; dengan konsetrasi kajiannya yang hanya pada fungsional dan struktural tanamannya semata, tidak membahas aspek politis dan ekonomisnya.

Functional-Structural Plant Models (FSPMs) adalah sebuah paradigma pemodelan dinamis untuk memodelkan tingkah laku dan pola hidup tanaman dalam bentuk 3 dimensi (3D), dengan berbasiskan pada pemodelan komputer, yang mampu memodelkan tiga jenis aspek model: morphology, physiology dan statistics (Kurth, 1994; Sievänen et al. 1997; Vos et al. 2010; Buck-Sorlin et al. 2011; Vos et al. 2007; Ford dan Kennedy, 2011). Morphology model meng-ejawantah-kan semua aspek struktural dan bentuk fisik objek tanaman - baik warna, rupa permukaan, ketebalan batang, diameter akar atau bentuk daun - ke dalam permodelan dinamis berbasis komputer itu sendiri; aspek physiology model memungkintan adopsi proses dan tingkah laku objek tanaman - seperti penyerapan cahaya dan air; proses fotosintesis; dan penyerapan vitamin dan mineral - ke dalam bentuk model virtual plant; sedangkan aspek statistics model memungkinkan akuisisi time series statistical data yang menunjukkan perubahan prilaku dan status tumbuh tanaman dari waktu ke waktu; yang kesemuanya itu dicoba untuk diakomodir ke dalam model yang dikembangkan.

Contoh Model Sederhana 2
(Utama, 2012)

Implementasi pengembangan model, haruslah dilakukan di dalam sebuah modeling software platform. GroIMP - sebuah modeling software platform - merupakan pilihan yang aku gunakan untuk dijadikan tatakan pengembangan model yang akan aku kembangkan. GroIMP sangat kental sekali dengan kaidah-kaidah java programming, sehingga software platform ini - Alhamdulillah - mampu aku pahami sedikit demi sedikit dengan pasti pada akhirnya; karena pengalamanku bergelut dengan bahasa pemrograman yang satu ini, menstrukturkan fungsi otakku secara filosofis tentang bagaimana sebuah program komputer itu dibuat dan dikembangkan. Selain kaidah pemrograman java language, software GroIMP pun merupakan compiler dari XL-Systems Language; dimana XL-Systems merupakan tingkatan lebih lanjut dari L-Systems, yaitu sebuah bahasa pemrograman berbasiskan paradigma rule based programming, yang dispesialisasikan untuk memodifikasi area penelitian di bidang matematika diskrit dan graph. Jika java language adalah bahasa pemrograman yang mengakomodir dua jenis paradigma pemrograman, yaitu imperative (structural) dan object oriented; XL-systems language ini mengadop tiga jenis paradigma, yaitu imperative, object oriented dan rule based.

Itulah sekelumit - cerita awalku - mengenai FSPMs, yang merupakan kajian penelitianku sekarang ini. Ketekunan dan keuletan adalah kuncinya untuk menundukkan ini semua, karena dua variabel itulah - insya ALLAH - akan menjadi bukti syukur atas semua karuniaNYA; kuasa atas kemudahan dari ALLAH adalah harapan besarku pada akhirnya. Semoga bermanfaat...

Reference

Buck-Sorlin G, DeVisser PFB, Henke M, Sarlikioti V, Van Der Heijden GWAM, Marcelis LFM, Vos Jan. 2011. Towards a Functional-Structural Plant Model of Cut-Rose: Simulation of Light Environment, Light Absorption, Photosynthesis and Interference  with the Plant Structure. Journal of Annals of Botany 108 (6), 2011: 1121 – 1134.

Ford ED, Kennedy MC. 2011. Assessment of Uncertainty inf Functional-Structural Plant Models. Journal of Annals of Botany 108 (6), 2011: 1043 – 1053.

Kurth W. 1994. Morphological models of plant growth. Possibilities and eco-logical relevance. Journal of Ecological Modelling 75/76, 1994: 299 – 308.

Sievänen R, Mäkelä A, Nikinmaa E, Korpilahti E. 1997. Special issue on functional – structural tree models, Preface. Silva Fennica 31, 1997: 237 – 238. 
Utama DN. 2012. Introduction to Functional-Structural Plant Models. Presentation Material of Research Project Progress Report, Faculty of Mathematics and Informatics. Göttingen: Göttingen University.

Vos J, Evers JB, Buck-Sorlin GH, Andrieu B, Chelle M, de Visser PHB. 2010. Functional – structural plant modelling: a new versatile tool in crop science. Journal of Experimental Botany 61, 2010: 2011 – 2115.

Vos J, Marcelis LFM, den Visser PHB, Struik PC, Evers JB. 2007. Functional Structural Plant Modelling in Crop Production. Netherlands: Springer.

Alhamdulillah...