李金

【摘 要】隨著VR技術(shù)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，農(nóng)業(yè)研究種植人員可以通過(guò)農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行農(nóng)業(yè)模擬或?qū)嶒?yàn)，不僅可以縮短項(xiàng)目研究所需時(shí)間，降低研究成本，而且可以改善生態(tài)環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】VR；農(nóng)業(yè)；虛擬實(shí)驗(yàn)室

0 引言

隨著VR技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)種植的過(guò)程中，如果采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)項(xiàng)目研究，周期很長(zhǎng)，成本很高。農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立，農(nóng)業(yè)研究人員可以采取在農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)并與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行項(xiàng)目研究，省時(shí)省力。

1 農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)除了有硬件和軟件組成以外，還包括服務(wù)器和客戶端，服務(wù)器端的計(jì)算機(jī)是最主要的部分。

場(chǎng)景的一致性在農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立當(dāng)中是非常重要的，如果不能保證場(chǎng)景的一致性將會(huì)造成客戶端實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的紊亂，服務(wù)器端主要管理和維護(hù)場(chǎng)景的一致性，對(duì)客戶端進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，滿足客戶端的連接需求，而且可以實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)以及對(duì)用戶的管理。農(nóng)業(yè)研究種植人員可以了解其它用戶的狀態(tài)，模擬實(shí)驗(yàn)的顯示和更新結(jié)果，農(nóng)業(yè)研究人員客戶端與服務(wù)器通過(guò)通信部件相互通信，以保證客戶端與服務(wù)器的正常通信。通行部件的主要工作是：將服務(wù)器端獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)和用戶狀態(tài)給各客戶端，接收后，客戶端同樣可以通過(guò)通信部件將實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)果數(shù)據(jù)已經(jīng)自身狀態(tài)發(fā)送給服務(wù)器，通信方式采用全雙工。

本文從系統(tǒng)的功能上來(lái)講硬件主要包括測(cè)量單元，數(shù)據(jù)采集單元和儀器儀表。農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建其主要功能就是能夠在客戶端完成模擬的農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)，在創(chuàng)建虛擬農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中需要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器等重要信息進(jìn)行采集，該過(guò)程采用信息采集卡對(duì)被測(cè)單元和實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行采集。配合使用的硬件也可以將計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令反饋到被測(cè)量單元或儀器設(shè)備中，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作。

從個(gè)性化的角度出發(fā)，考慮到方便快捷性，系統(tǒng)需要具備準(zhǔn)確高效的設(shè)計(jì)出相應(yīng)虛擬元器件的能力。從成本出發(fā)，系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的這些虛擬元器件應(yīng)該可以重復(fù)使用。虛擬儀器的產(chǎn)生就是通過(guò)硬件與軟件相互結(jié)合產(chǎn)生的。

2 基于VR的農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于VR的農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室指的是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)虛擬環(huán)境，軟件的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，系統(tǒng)的軟件由三個(gè)部分組成轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序、I/O 接口程序以及高級(jí)應(yīng)用程序。功能實(shí)現(xiàn)由軟件模塊實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)包括對(duì)客戶端管理，虛擬實(shí)驗(yàn)器材建立和實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)督處理等功能。

農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)人員會(huì)通過(guò)客戶端進(jìn)行登錄，進(jìn)入到農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行平臺(tái)，選取自己所要的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)輸出的結(jié)果將通過(guò)信息采集系統(tǒng)，信息采集系統(tǒng)就是采集的實(shí)驗(yàn)的輸入和輸出信息并送給客戶端，實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程會(huì)通過(guò)五通道視景顯示，通過(guò)建模系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的仿真，送給五通道視景顯示和視景驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)模擬系統(tǒng)模擬反饋結(jié)果送給視景驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型實(shí)時(shí)解算出輸出，這個(gè)系統(tǒng)就是一個(gè)不斷輸入產(chǎn)生反饋對(duì)反饋輸入進(jìn)行處理的過(guò)程。

農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室包括四部分的組成：（1）實(shí)驗(yàn)處理仿真軟件。該部分主要完成對(duì)實(shí)驗(yàn)人員產(chǎn)生數(shù)據(jù)的更新，存儲(chǔ)和一系列的分析處理。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。主要目的是存儲(chǔ)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（3）能處理大量模擬操作、數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器。

農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)需要考慮其交互性，能夠使多個(gè)實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行參與，基于 Web 的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器結(jié)合服務(wù)器（B/S）計(jì)算模式的使用是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的一種基本方法。介于該農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的共享性，多個(gè)用戶可以通過(guò)客戶端進(jìn)行連接使用。

3 結(jié)語(yǔ)

本文用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的思想創(chuàng)建了農(nóng)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，用新的方式把農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)人員和虛擬實(shí)驗(yàn)室聯(lián)系在一起，通過(guò)該輔助手段，農(nóng)業(yè)研究員能一定程度上縮短農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重大項(xiàng)目研究時(shí)間，節(jié)約經(jīng)費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，具有很好的應(yīng)用前景。

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[責(zé)任編輯：湯靜]