基于VR的農(nóng)業(yè)虛擬實驗室設計和研究

李金

【摘 要】隨著VR技術和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，計算機系統(tǒng)中可以利用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)建一個農(nóng)業(yè)虛擬實驗環(huán)境，農(nóng)業(yè)研究種植人員可以通過農(nóng)業(yè)虛擬實驗室進行農(nóng)業(yè)模擬或實驗，不僅可以縮短項目研究所需時間，降低研究成本，而且可以改善生態(tài)環(huán)境。

【關鍵詞】VR；農(nóng)業(yè)；虛擬實驗室

0 引言

隨著VR技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實已經(jīng)在諸多領域得到了應用。在農(nóng)業(yè)種植的過程中，如果采用傳統(tǒng)的方式進行農(nóng)業(yè)項目研究，周期很長，成本很高。農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的建立，農(nóng)業(yè)研究人員可以采取在農(nóng)業(yè)虛擬實驗室中進行虛擬實驗并與現(xiàn)實實踐相結合的方式進行項目研究，省時省力。

1 農(nóng)業(yè)虛擬實驗室系統(tǒng)結構和特點

農(nóng)業(yè)虛擬實驗室系統(tǒng)結構如圖1 所示。該系統(tǒng)除了有硬件和軟件組成以外，還包括服務器和客戶端，服務器端的計算機是最主要的部分。

場景的一致性在農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的建立當中是非常重要的，如果不能保證場景的一致性將會造成客戶端實驗現(xiàn)象的紊亂，服務器端主要管理和維護場景的一致性，對客戶端進行監(jiān)聽，滿足客戶端的連接需求，而且可以實現(xiàn)用戶的注冊以及對用戶的管理。農(nóng)業(yè)研究種植人員可以了解其它用戶的狀態(tài)，模擬實驗的顯示和更新結果，農(nóng)業(yè)研究人員客戶端與服務器通過通信部件相互通信，以保證客戶端與服務器的正常通信。通行部件的主要工作是：將服務器端獲得的實驗結果數(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通信部件將實驗過程結果數(shù)據(jù)已經(jīng)自身狀態(tài)發(fā)送給服務器，通信方式采用全雙工。

本文從系統(tǒng)的功能上來講硬件主要包括測量單元，數(shù)據(jù)采集單元和儀器儀表。農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的創(chuàng)建其主要功能就是能夠在客戶端完成模擬的農(nóng)業(yè)實驗，在創(chuàng)建虛擬農(nóng)業(yè)實驗室的過程中需要對實驗儀器等重要信息進行采集，該過程采用信息采集卡對被測單元和實驗儀器進行采集。配合使用的硬件也可以將計算機發(fā)出的命令反饋到被測量單元或儀器設備中，并實現(xiàn)相應操作。

從個性化的角度出發(fā)，考慮到方便快捷性，系統(tǒng)需要具備準確高效的設計出相應虛擬元器件的能力。從成本出發(fā)，系統(tǒng)所設計的這些虛擬元器件應該可以重復使用。虛擬儀器的產(chǎn)生就是通過硬件與軟件相互結合產(chǎn)生的。

2 基于VR的農(nóng)業(yè)虛擬實驗室設計

本文設計的基于VR的農(nóng)業(yè)虛擬實驗室指的是在計算機系統(tǒng)中利用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)建的實驗虛擬環(huán)境，軟件的設計很關鍵，系統(tǒng)的軟件由三個部分組成轉換驅動程序、I/O 接口程序以及高級應用程序。功能實現(xiàn)由軟件模塊實現(xiàn)。該系統(tǒng)包括對客戶端管理，虛擬實驗器材建立和實驗過程監(jiān)督處理等功能。

農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的實驗過程如圖2所示。

在整個實驗過程中，農(nóng)業(yè)實驗人員會通過客戶端進行登錄，進入到農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的網(wǎng)絡運行平臺，選取自己所要的實驗器材進行實驗，實驗輸出的結果將通過信息采集系統(tǒng)，信息采集系統(tǒng)就是采集的實驗的輸入和輸出信息并送給客戶端，實驗操作的過程會通過五通道視景顯示，通過建模系統(tǒng)實現(xiàn)對場景的仿真，送給五通道視景顯示和視景驅動系統(tǒng)，經(jīng)模擬系統(tǒng)模擬反饋結果送給視景驅動系統(tǒng)進行驅動并通過動力學模型實時解算出輸出，這個系統(tǒng)就是一個不斷輸入產(chǎn)生反饋對反饋輸入進行處理的過程。

農(nóng)業(yè)虛擬實驗室包括四部分的組成：（1）實驗處理仿真軟件。該部分主要完成對實驗人員產(chǎn)生數(shù)據(jù)的更新，存儲和一系列的分析處理。（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。主要目的是存儲大量的實驗結果。（3）能處理大量模擬操作、數(shù)據(jù)處理的服務器。

農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的設計需要考慮其交互性，能夠使多個實驗者進行參與，基于 Web 的網(wǎng)頁瀏覽器結合服務器（B/S）計算模式的使用是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的一種基本方法。介于該農(nóng)業(yè)虛擬實驗室的共享性，多個用戶可以通過客戶端進行連接使用。

3 結語

本文用虛擬現(xiàn)實技術的思想創(chuàng)建了農(nóng)業(yè)虛擬實驗室，用新的方式把農(nóng)業(yè)實驗人員和虛擬實驗室聯(lián)系在一起，通過該輔助手段，農(nóng)業(yè)研究員能一定程度上縮短農(nóng)業(yè)領域重大項目研究時間，節(jié)約經(jīng)費，降低生產(chǎn)成本，改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)品質量和產(chǎn)量，具有很好的應用前景。

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[責任編輯：湯靜]