容秀嬋，鄒湘軍， ，李承恩，林俊強，姚書杰，鄒天龍

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學工程學院，廣州市，510642； 2. 佛山市中科農(nóng)業(yè)機器人與智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新研究院，廣東佛山，528200)

0 引言

我國果園面積和水果產(chǎn)量均居世界第一，但我國果園管理總體水平與國際先進國家相差比較大，尤其是果園機械化、信息化和智能化管理技術(shù)差距更大[1]。為了適應(yīng)不斷發(fā)展的林果產(chǎn)業(yè)種植生產(chǎn)規(guī)模，果園全生命周期管理的技術(shù)創(chuàng)新及革新是目前亟需解決的難題之一[2-3]。我國果園多是在丘陵山地、平原、農(nóng)田上，山路崎嶇，地形變化大，導致果園作業(yè)難以智能化、機械化進行，如施肥、采摘、運輸產(chǎn)品等。其次，農(nóng)業(yè)機械化水平仍比較落后，地形復雜，難以制定比較方便、通用的機械工具。因此，依托虛擬現(xiàn)實的建模與仿真技術(shù)[4-6]，構(gòu)建虛擬果園場景，發(fā)展信息化、智能化、機械化果園，是加速縮短與發(fā)達國家差距的迫切需要，對于加快推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化具有重要的意義[7]。同時信息化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、交互技術(shù)的不斷發(fā)展[8-9]，與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的虛擬環(huán)境實驗平臺成為虛擬仿真技術(shù)發(fā)展的新方向[10]，能有效加強信息化、智能化場景管理水平以及節(jié)約成本。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅推動工業(yè)的發(fā)展，還可以對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有一定的推廣作用，通過該技術(shù)建立與農(nóng)業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可視化[11-12]。華南農(nóng)業(yè)大學鄒湘軍等[13]開發(fā)了采摘機械手虛擬設(shè)計與仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了虛擬環(huán)境下的機械手對目標定位和采摘仿真實驗。羅陸鋒等[14]基于虛擬現(xiàn)實平臺EON開發(fā)出采摘機器人虛擬仿真系統(tǒng)，葡萄采摘的成功率在85%以上，此平臺驗證了通過虛擬機器人采摘葡萄進行算法驗證及訓練，驗證了虛擬平臺內(nèi)對現(xiàn)實采摘算法開發(fā)過程的效率提升，有效縮短開發(fā)周期。劉旭泰[15]利用Unity3D構(gòu)建了番石榴采摘的虛擬環(huán)境，用于檢測所設(shè)計的末端執(zhí)行器的工作性能。Henten等[16]搭建了黃瓜采摘機器人采摘仿真平臺。Saudreau等[17]提出一種根據(jù)氣候數(shù)據(jù)對水果溫度動態(tài)進行建模的方法，該模型基于蘋果樹的三維虛擬表示，并將三維虛擬樹與基于物理的果實溫度動態(tài)模型聯(lián)系起來。

綜上所述，以果園場景平臺搭建為例，針對目前果園的需求與流程，以Unity3D為場景的開發(fā)平臺，結(jié)合典型開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL為三維模型特征信息參數(shù)存儲載體，并建立哈希索引列。在數(shù)據(jù)驅(qū)動下，快速構(gòu)建出符合需求的三維模型，實現(xiàn)了大量三維模型的快速檢索調(diào)用。以果園場景為例，將天氣系統(tǒng)仿真場景數(shù)據(jù)、多種類果樹模型數(shù)據(jù)、實景掃描地形數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建果園場景數(shù)據(jù)庫，快速創(chuàng)建虛擬果園場景仿真平臺。該平臺還留有六自由度機械臂關(guān)節(jié)運動的通用接口，以及拖拉機、收割機等運動控制腳本，方便后期用戶做試驗仿真時使用。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

隨著虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在虛擬仿真過程中需要對大量數(shù)據(jù)傳輸和存儲。采用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫連接的方法，從而達到系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的雙向交互，該方法具有簡單、高效等特點。由3ds Max建立并渲染后的三維模型，保存為虛擬引擎軟件Unity3D可支持導入的FBX、OBJ等格式文件。再添加一些場景元素，即可搭建逼真的虛擬場景平臺。基于知識的果園虛擬場景系統(tǒng)的搭建，以數(shù)據(jù)庫為場景模型存儲方式，其整體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 虛擬果園仿真平臺系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig. 1 Overall architecture of the virtual orchard simulation platform system

果園場景數(shù)據(jù)庫的主要設(shè)計過程如下。

1) 歸納整理果園場景中主要實體的特征值，提取后構(gòu)建果園知識庫[18]。本文的果園知識獲取主要通過人工方式，從文獻收集、實例模型中整理出果園各實體的特征等設(shè)計知識，提煉后構(gòu)建果園知識庫。

2) 果園知識參數(shù)化建模。模型參數(shù)化設(shè)計主要是由一個或幾個參數(shù)約束其調(diào)用后實例化的對象模型信息，此參數(shù)集合與設(shè)計對象的模型特征信息存在對應(yīng)關(guān)系，通過修改參數(shù)值可以驅(qū)動原有模型生成具備變化的模型。根據(jù)果園知識庫，將其主要特征值進行參數(shù)化建模，并構(gòu)建果園場景特征信息數(shù)據(jù)庫。

3) 利用三維建模軟件3ds Max對果園中的三維場景模型建模，將虛擬場景模型保存為FBX、OBJ等格式文件即可導入Unity3D中進行渲染優(yōu)化，并構(gòu)建果園三維模型庫。

4) 將Unity3D與數(shù)據(jù)庫雙向通信交互，并構(gòu)建果園場景數(shù)據(jù)庫，用戶可根據(jù)需求快速檢索調(diào)用所需的虛擬場景模型。例如，通過參數(shù)調(diào)用成熟蘋果的模型實例化，從數(shù)據(jù)庫中隨機調(diào)用成熟的蘋果材質(zhì)；從數(shù)據(jù)庫中隨機調(diào)用蘋果的三維模型；從數(shù)據(jù)庫中計算獲取成熟蘋果的生長概率分布等。

2 虛擬場景模型參數(shù)化建模

參數(shù)化建模是計算機輔助設(shè)計技術(shù)在長期發(fā)展過程中產(chǎn)生的課題，它是實現(xiàn)智能化設(shè)計的必要技術(shù)。數(shù)據(jù)量龐大、種類繁多、存儲方式、檢索、分類調(diào)用、數(shù)據(jù)管理及可移植性，是參數(shù)化建模亟需解決的難題之一。虛擬場景模型的存儲、檢索的關(guān)鍵在于充分利用模型的特征信息。虛擬場景模型的特征信息主要包括幾何特征、形狀特征和紋理特征等，現(xiàn)階段提取特征的方法包括人工設(shè)計特征描述提取技術(shù)和基于學習的特征描述符提取技術(shù)。本文參數(shù)化建模階段采用人工設(shè)計特征描述提取技術(shù)，根據(jù)三維模型的外表特征，構(gòu)建參數(shù)化模型。

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是將數(shù)據(jù)實體以及實體間的關(guān)系進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計，本文采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是由二維表及它們之間的聯(lián)系組成的數(shù)據(jù)組織，其原則包括原子性(automaticity)、一致性(consistency)、隔離性(isolation)和持久性(durability)。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫擁有技術(shù)發(fā)展更成熟、更標準的數(shù)據(jù)模式和接口應(yīng)用更廣泛等優(yōu)點，更適用于建立參數(shù)化模型數(shù)據(jù)庫[19]。結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL，其擁有輕量級、性能高、開源[20]等特點，對于中小型系統(tǒng)，可降低成本，提升管理調(diào)用效率及可移植性[21]。

對果園場景進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，對虛擬果園場景的數(shù)據(jù)進行組織整理，對數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及模型特征進行歸納總結(jié)，實現(xiàn)虛擬場景模型數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)屬性數(shù)據(jù)的邏輯組織。最后根據(jù)模型數(shù)據(jù)的需求，對三維模型特征進行預(yù)處理，通過定義每個虛擬場景模型的特征，建立該數(shù)據(jù)實例化后的某種唯一確定屬性。關(guān)系數(shù)據(jù)庫將對全部模型數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)建立關(guān)系表進行管理，對模型文件的管理以表中存儲磁盤路徑的方式實現(xiàn)。

2.2 虛擬場景模型檢索優(yōu)化

針對傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對果園場景三維模型存儲和管理存在較多的瓶頸問題，綜合提高數(shù)據(jù)的插入和查詢功能，MySQL中通常選擇“B-Tree”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為存儲和索引結(jié)構(gòu)，而使用B-Tree在二維表中存儲大量的虛擬場景模型URL地址信息時，由于URL地址信息數(shù)據(jù)過長，存儲內(nèi)容占用過多內(nèi)存空間，導致檢索效率慢、內(nèi)存消耗大。本系統(tǒng)采用CRC32(循環(huán)冗余校驗)的方法，將虛擬場景模型URL地址信息轉(zhuǎn)為一定長度的哈希值。在果樹表的urL_crc32列建立哈希索引列，每當查詢該模型所在位置時，以int實數(shù)類型索引查詢其哈希值，提升檢索效率，并快速調(diào)用對應(yīng)三維模型。

哈希算法是一種將任意長度的二進制值串映射為固定長度的二進制值串的規(guī)則，而通過原始數(shù)據(jù)映射之后得到的二進制值串就是哈希值。如表1所示，在MySQL中，只有Memory引擎默認支持哈希索引。如果存在多個hash值相同，發(fā)生哈希碰撞，那么該索引將以鏈表方式存儲。

表1 MySQL引擎支持的索引Tab. 1 Indexes supported by MySQL engine

如圖2所示，通過普通查找URL地址信息的時間與先轉(zhuǎn)化為哈希值在做查找的實驗對比。當數(shù)據(jù)量增加到30 000行時，能明顯看出哈希查找效率較高。

圖2 查找對比試驗Fig. 2 Search comparative experiment

2.3 虛擬場景模型構(gòu)建

果園場景擁有多種類型模型，而每種模型各自擁有多種形態(tài)變化，利用特征值加以區(qū)分及調(diào)用各種模型數(shù)據(jù)，如圖3所示。

1) 地形分為丘陵山地、平原、農(nóng)田等，通過獲取不同地形的高度圖，利用高度圖該特征區(qū)分地形的不同；

2) 果實模型分為蘋果、菠蘿、香蕉等，通過果實的大小、果皮的顏色、質(zhì)量、表面的粗糙程度等特征區(qū)分類別。通過人工設(shè)計特征描述提取技術(shù)，預(yù)處理果實的特征為參數(shù)型數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)庫中，在Unity3D建模時，輸入該果實的特征數(shù)據(jù)，在相對應(yīng)位置建立該特征對應(yīng)的模型；

3) 果樹模型的特征分為枝葉的疏密程度，樹枝大小不同，樹葉大小及形狀等；果實在果樹上的分布按照選取的生長掛果情況，按隨機算法，使果實模型實例化分布在果樹模型上。

4) 天氣模型可分為陰天、雨天、大風、霧霾、打雷等天氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)，用戶可自由選擇影響場景的任意一種天氣模型；

5) 光照按照光照強度可分為強光照、中度光照、弱光照等，按照光照種類可分為人造光，自然光等。

圖3 果園場景模型庫Fig. 3 Orchard scene model library

2.3.1 真實地形模型創(chuàng)建

可利用Unity3D自帶的地形組件——Terrain組件進行自定義地形塑造操作：對部分地形進行凸起操作使其變成山丘，山峰，對部分地形進行凹陷使其形成低洼或地形裂縫，但自定義地形建模不能真實反映當?shù)毓麍@的情況，且地形不夠自然、優(yōu)化，本文通過獲取所需位置的真實地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建真實自然的虛擬場景地形。

獲取目的地的地形數(shù)據(jù)，以惠州鎮(zhèn)隆為例，如圖4、圖5所示。生成該地區(qū)的高度圖(Height map)，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換為.raw文件即可導入Unity3D中的Terrain組件當中。該地形數(shù)據(jù)與現(xiàn)實地形一一對應(yīng)，其仿真度高，數(shù)據(jù)量少，導入時間短。

圖4 Terrain.party獲取地形數(shù)據(jù)Fig. 4 Terrain.party gets terrain data

由于導入進去的地形是mesh網(wǎng)格，要將其轉(zhuǎn)化為Unity3D地形工具才可使用。在制作地形的時候通常是直接刷出整個地形,但是在實際使用中由于地形過大，我們不能直接把整個地形完全加載，這樣對內(nèi)存的消耗很高，所以需要一小塊一小塊的加載地形.這時就需要把制作好的地形分割成幾塊后,再來動態(tài)加載。該平臺將其分割成16塊地形分類。并進行篩選分類保存至相應(yīng)位置，即可在一塊大地形中保存多種不同的真實地形模型，如圖6所示。

圖5 真實地形三維模型Fig. 5 3D model of real terrain

圖6 地形分割Fig. 6 Terrain segmentation

2.3.2 果樹建模

由于果實在樹上的分布多樣性，本文利用Unity3D中的射線碰撞檢測，構(gòu)建多種分布的果樹。在虛擬空間的某一相對于果樹模型的正交平面上發(fā)射若干個射線，并通過改進組合碰撞檢測隨機算法獲取果實分布點，通過選取果實分布特征值，對分布點進行二次計算使之符合所選的特征分布情況。構(gòu)建了20種的分布方式，在隨機實例化不同的果實，每一種果實構(gòu)建出兩百多棵的果樹，并存儲相關(guān)信息到數(shù)據(jù)庫當中。圖7為其中一種果實分布的蘋果樹三維模型，圖8為菠蘿樹三維模型。為了方便后續(xù)做采摘仿真等實驗，采用的是果與樹組成果樹模型。

圖7 蘋果樹三維模型Fig. 7 3D model of apple tree

圖8 菠蘿樹三維模型Fig. 8 3D model of pineapple tree

在虛擬場景中，靜態(tài)模型之間相互接觸后，會出現(xiàn)穿模的現(xiàn)象，不符合在真實世界中物體之間互不干涉互不穿透的實體物理特性，如圖9所示。

圖9 球碰撞體Fig. 9 Sphere collider

使用基于物體空間的層次包圍盒碰撞檢測方法，使虛擬場景模型具備物理特性，該方法是對虛擬場景模型進行完全的包圍，通過計算判斷虛擬場景模型的三維包圍盒之間是否發(fā)生接觸。常見的三維干涉檢測包圍盒主要分為4種：球包圍盒、軸向包圍盒、方向包圍盒、6-Dop盒，其中球包圍盒的球體碰撞是碰撞檢測技術(shù)中較為簡單和計算消耗較少的，主要應(yīng)用球狀的且具有旋轉(zhuǎn)操作的規(guī)則模型檢測，它的數(shù)學原理是通過判斷三維空間中坐標點與球包圍盒的球心的距離[22]。一般適用于球形零件或者場景中的非主要影響因子之間的干涉檢測。有助于減少系統(tǒng)的計算量，增加系統(tǒng)的流暢度。

為了實現(xiàn)物體的交互與仿真，需要在虛擬環(huán)境下構(gòu)建事件觸發(fā)器。在良好的物理引擎的支持下，使用碰撞體可以逼真地模擬出現(xiàn)實物體的碰撞關(guān)系，而且碰撞體可以作為觸發(fā)器引發(fā)事件的發(fā)生。在Unity3D中內(nèi)置有6種基本的碰撞體組件：盒子碰撞器(Box Collider)、球碰撞器(Sphere Collider)、膠囊碰撞器(Capsule Collider)，車輪碰撞器(Wheel Collider)、網(wǎng)格碰撞器(Mesh Collider)、地形碰撞器(Terrain Collider)，本文通過對果實添加球碰撞體(Sphere Collider)，能更好地還原果實實體物理特性。

2.3.3 光照強度

Unity3D內(nèi)置的光源包括Directional Light(平行光)，Point Light(點光源)，Spotlight(聚光燈)，Area Light(區(qū)域光)，Reflection Probe(反射探頭)，Light Probe Group(光照探頭組)等，本平臺使用直接光照(Directional Light)，其原理與太陽光近似，不受position與scale的影響，Rotation會影響到光線照射的方向。光源發(fā)出的光線只經(jīng)過虛擬場景中物體對象一次反射后就進入攝像機。通過定義光照強度的特征值，調(diào)節(jié)Directional Light 中的intensity值，使實例化光源數(shù)據(jù)分為強度光照、中度光照、弱光照等多個光照等級，如表2所示。根據(jù)光照模型的特征取值不同，構(gòu)建光照4×3矩陣模型

式中：a——光照強度的intensity值，數(shù)據(jù)類型為float型;

b——光距離值，數(shù)據(jù)類型為float型;

R、G、B——矩陣數(shù)值在0～255之間，數(shù)值大小表示允許通過色彩數(shù)值，也稱為灰度值，灰度越大，相應(yīng)色彩越深;

α——透明度。

表2 Directional Light intensity值Tab. 2 Directional Light intensity data

以時間為依據(jù)，下列是果園場景中部分時間所使用的光照矩陣的值

早上6：10時的光照矩陣值

早上8：12時的光照矩陣值

中午12：56時的光照矩陣值

傍晚19：05時的光照矩陣值

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)工具與運行環(huán)境

系統(tǒng)采用Unity3D場景平臺開發(fā)工具(圖10)，后端程序使用C#語言。后臺數(shù)據(jù)庫采用MySQL，基于Unity3D虛擬果園系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計。該系統(tǒng)分為三部分，測試的服務(wù)端、客戶端和數(shù)據(jù)庫?？蛻舳撕头?wù)端都是基于Unity3D平臺開發(fā)的。服務(wù)器主要實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的交互。Unity3D開發(fā)一般使用PlayerPrefs來存儲數(shù)據(jù)，但其數(shù)據(jù)量過于龐大，結(jié)構(gòu)過于復雜、維護成本過高且過程繁瑣，因此選用使用數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)。

圖10 系統(tǒng)架構(gòu)Fig. 10 System structure

3.2 虛擬果園種植分布

系統(tǒng)應(yīng)用于果園場景仿真，主要分為以下幾塊：果園種植分布，果園天氣系統(tǒng)，果園果實果樹仿真系統(tǒng)，果園道路分布系統(tǒng)，果園澆灌系統(tǒng)，果園收獲仿真系統(tǒng)等。主要針對果園種植分布作解釋說明，建立果園果樹的株行距要根據(jù)果園的綜合情況而定，如土壤質(zhì)地、肥力、水源條件、管理水平以及選用的品種等。在果園環(huán)境良好、果園管理水平較高的前提下，可用較小的株行距，如蘋果種植的株行距設(shè)置為2 m×3 m。根據(jù)氣候與土壤肥力及品種不同而異，可以采用不同的種植規(guī)格。通過查閱文獻，得到果園種植的參數(shù)[23]如表3所示。

表3 種植參數(shù)Tab. 3 Indexes supported by MySQL engine

3.3 漫游功能

利用虛擬漫游功能更加地了解農(nóng)業(yè)自然以及農(nóng)田的布局，是虛擬果園場景渲染平臺的關(guān)鍵。場景漫游主要分為兩種：人工漫游和自動漫游。本系統(tǒng)選用人工漫游功能。

在虛擬果園環(huán)境中通過控制攝像機完成漫游模式，利用C#編寫的腳本與UI界面按鈕交互完成。通過設(shè)定一個旋轉(zhuǎn)中心，通過鼠標滾輪控制視角的遠近、按住鼠標滾輪鍵拖動鼠標控制視角繞旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)、鍵盤點擊控制視角平移。

鼠標滾輪控制視角縮進與拉遠的定義

本體的描述語言，也稱之為表示語言、構(gòu)建語言或者標記語言，種類較多，例如OKBC、OCML、XOL、OWL等。李景就其中13種重要的本體表示語言進行深入的比較分析，得出結(jié)論是：Loom、CycL和OWL是較佳的Ontology表示語言[9]。

Ds=Csmr×Smr

(1)

式中：Ds——視角移動前后位置的偏差，m；

Csmr——虛擬環(huán)境中視角縮進拉遠的縮放系數(shù)；

Smr——鼠標滾輪滾動量，有正負值，m。

鼠標移動控制視角旋轉(zhuǎn)的算法

(2)

式中：θx——視角在水平面上繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的角度，rad；

θy——視角在垂直面上繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的角度，rad；

Smy——鼠標縱向垂直移動量，mm；

Csmx——鼠標橫向移動量轉(zhuǎn)換為視角轉(zhuǎn)動角度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，rad/mm；

Csmy——鼠標縱向移動量轉(zhuǎn)換為視角轉(zhuǎn)動角度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，rad/mm。

鍵盤點擊控制視角移動的算法

(3)

式中：Kbi——檢測鍵盤按鍵是否按下；

bi——鍵盤對應(yīng)按鈕編號。

(4)

式中：DK——視角位移量，m；

Db——視角平移單位量，m。

系統(tǒng)針對用戶的不同，可選擇兩種模式：自定義建模和自動建模方式。由于更能模擬真實果園場景，本文在自動建模方式中，給果樹排列添加了一個偏差值，使其更能反映真實果園的狀態(tài)。還添加雜草等干擾因素。自定義建模，是根據(jù)需求添加果樹模型的個數(shù)、位置。虛擬果園場景渲染平臺運行結(jié)果如圖11、圖12所示，實現(xiàn)了虛擬果園場景平臺自定義果樹建模以及自動排列果樹場景仿真，分別展示了丘陵山地、平原、田地不同場景不同果樹的場景平臺。交互方式主要通過鍵盤鼠標實現(xiàn)不同漫游模式，模擬不同角度觀察場景平臺模型，呈現(xiàn)出一定的環(huán)境效果。

圖11 蘋果果園場景虛擬仿真平臺Fig. 11 Virtual simulation platform of apple orchard scene

圖12 菠蘿果園場景虛擬仿真平臺Fig. 12 Virtual simulation platform of pineapple orchard scene

虛擬果園場景平臺登陸與注冊界面，登錄后可獲取當?shù)氐奶鞖狻囟?，通過Dropdown組件選擇自定義模式/自動模式，果樹模型，以及地形，如圖13所示，可根據(jù)需求檢索導出所需要的果樹，鼠標點擊場景任意位置可添加此三維模型，也可多次添加模型，見圖14。

圖13 蘋果果園場景虛擬仿真平臺(自定義建模)Fig. 13 Virtual simulation platform of apple orchard scene(Custom modeling)

圖14 香蕉果園下雨場景虛擬仿真平臺Fig. 14 Banana orchard rain scene virtual simulation platform

為了試驗本系統(tǒng)的實用性，選擇20不同案例進行測試，測試結(jié)果見表4。該平臺能保證仿真系統(tǒng)運行的流暢度，給用戶最佳的體驗。

表4 平臺試驗情況統(tǒng)計Tab. 4 Statistical of platform test

4 結(jié)論

為了按照不同用戶要求及場景參數(shù)，自動批量化快速生成多個虛擬場景迎合用戶生產(chǎn)仿真需求，對三維模型特征信息進行提取、參數(shù)化建模，進而存儲到數(shù)據(jù)庫當中，建立哈希索引列加快檢索的方法，提高大量虛擬場景模型存儲、檢索的效率，該方法能有效地加快模型查詢效率，快速建立虛擬場景模型。也能為后期虛擬場景模型新增提供了快速存儲的方式。本文以果園場景平臺搭建為例，針對試驗場景平臺虛擬仿真問題，為提高工作效率，最大限度減少人力、物力和時間的浪費，運用了哈希索引，MySQL數(shù)據(jù)庫結(jié)合虛擬現(xiàn)實平臺，實現(xiàn)了虛擬場景中果園場景中三維模型的構(gòu)建、三維場景模擬及人機交互界面的搭建，對虛擬場景平臺提供了計算機輔助支持。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以較好地支持場景平臺的虛擬設(shè)計與仿真，且三維模型檢索效率也有所提高，縮短了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的開發(fā)周期，也可為其他場景搭建的虛擬設(shè)計提供技術(shù)借鑒。該平臺還留有六自由度機械臂關(guān)節(jié)運動的通用接口，以及拖拉機、收割機等運動控制腳本，方便后期用戶做實驗仿真時使用。