閆俊均 王殿亮 郭新宇

摘 ?要： 21世紀(jì)以來，人們正在步入數(shù)字化的時(shí)代，技術(shù)的不斷更新帶來了新的文化生活和新的社會現(xiàn)象。隨著新興的科學(xué)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)體驗(yàn)正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的方向進(jìn)步，數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)也逐漸出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中。農(nóng)產(chǎn)品與我們的生活息息相關(guān)，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全直接關(guān)系我們的健康和安全，更是食品安全的前提和保障，所以向用戶展示農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是十分重要的。本文主要研究如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)知識相結(jié)合，設(shè)計(jì)集真實(shí)性、科學(xué)性和趣味性為一體的數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)。為用戶科普農(nóng)業(yè)信息，將農(nóng)產(chǎn)品背后的故事更好的呈現(xiàn)在用戶面前，向用戶展示我國產(chǎn)業(yè)科技的發(fā)展，讓用戶感受農(nóng)業(yè)科技的力量，以及農(nóng)業(yè)發(fā)展的蓬勃生機(jī)。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)產(chǎn)品; 數(shù)字互動; 虛擬現(xiàn)實(shí); 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

中圖分類號： TP37 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.012

本文著錄格式：閆俊均，王殿亮，郭新宇. 農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)研究與建設(shè)[J]. 軟件，2019，40（5）：5770

【Abstract】： Since the 21st century， people are entering the era of digitalization， and the constant renewal of technology has brought about new cultural life and new social phenomena. With the development of emerging science and technology and digital technology， the agricultural experience is progressing in the direction of intelligence， network and digitalization， the digital interactive experience system is gradually appearing in people's vision. Agricultural products are closely related to our lives. The quality and safety of agricultural products are directly related to our health and safety. Its also the premise and guarantee of food safety. Therefore， it is very important to show the production process of agricultural products to users. This paper mainly studies how to combine information technology such as virtual reality technology and augmented reality technology with agricultural knowledge to design a digital interactive experience system that integrates authenticity， science and fun. For the user's agricultural agricultural information， the story behind the agricultural products is better presented to the users， showing the development of China's industrial technology to the users， letting users feel the power of agricultural science and technology， and the vitality of agricultural development.

【Key words】： Agricultural products; Digital Interaction; Virtual Reality; Augmented Reality

0 ?引言

隨著體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)正逐漸走進(jìn)人們的生活。在農(nóng)業(yè)體驗(yàn)中，科技帶來了設(shè)計(jì)手法和表現(xiàn)方式上的創(chuàng)新，農(nóng)業(yè)展示的內(nèi)容越來越多樣，呈現(xiàn)的方式也越來越多樣。傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)知識在如今快節(jié)奏的社會生活中，人們接受起來往往會有些枯燥無味，如何跟緊時(shí)代的腳步，將農(nóng)產(chǎn)品與新的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，利用現(xiàn)代化技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行推廣，讓更多的人了解農(nóng)產(chǎn)品背后的故事，是農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)和研究的重點(diǎn)。

1 ?系統(tǒng)分析與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 ?需求分析

本文涉及的農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)主要有基于智能移動設(shè)備的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和基于頭戴式顯示設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。不同終端的使用提高了系統(tǒng)的多樣性，系統(tǒng)主要滿足以下需求：

（1）真實(shí)性：真實(shí)性有兩個(gè)方面，第一個(gè)是場景的真實(shí)性。系統(tǒng)借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式體驗(yàn)，將真實(shí)場景進(jìn)行還原，保證虛擬場景的真實(shí)性，從而給用戶提供最接近現(xiàn)實(shí)的視覺感和體驗(yàn)感。第二個(gè)方面則是內(nèi)容的真實(shí)性。農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全是非常重要的問題，更多的人希望能夠了解農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，確保自己食用的農(nóng)產(chǎn)品的安全性。

（2）便捷性：農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一就是可以讓用戶隨時(shí)隨地的進(jìn)行體驗(yàn)操作，不必到現(xiàn)場就可以體會到真實(shí)的景象。

（3）多樣性：多樣性有兩個(gè)方面，第一個(gè)是系統(tǒng)的多樣性。在不同的現(xiàn)實(shí)條件下，用戶可以體驗(yàn)不同的數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)，包括虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。第二個(gè)是內(nèi)容的多樣性，通過構(gòu)建不同的虛擬場景，讓系統(tǒng)界面更加豐富，避免用戶的審美疲勞。

1.2 ?關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 ?三維建模技術(shù)

為了能給用戶提供更好的沉浸感并產(chǎn)生身臨其境的感覺，需要在虛擬世界中盡可能逼真的展示出客觀世界中的物體。這就要求在創(chuàng)建模型時(shí)，不僅在外形上要與真實(shí)對象相似，在形態(tài)、顏色等方面也要盡可能的逼真。虛擬物體的建模是農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，幾何建模技術(shù)可以構(gòu)造事物的立體外形。之后采用物理建模技術(shù)對建模結(jié)果進(jìn)行紋理、顏色等方面的處理，使模型更加逼真[1]。

1.2.2 ?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)等技術(shù)水平的提升，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也趨于大眾化。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過將物體虛擬化，以三維立體的形式出現(xiàn)，將虛擬物體疊加到真實(shí)的場景當(dāng)中，使得真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境融合，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的功能。如果用戶在真實(shí)環(huán)境中移動，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)顯示的三維物體也會隨之變化，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互[2]。

1.2.3 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以給用戶提供最接近真實(shí)場景的環(huán)境體驗(yàn)，還可以提供視覺、聽覺等其他感知能力，給用戶提供沉浸式的體驗(yàn)。在虛擬環(huán)境中，計(jì)算機(jī)會根據(jù)用戶的頭、手、眼等身體運(yùn)動，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的內(nèi)容以及聲音，給用戶仿佛置身于現(xiàn)實(shí)世界的感覺。理想當(dāng)中的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)讓用戶難以分清自己處在虛擬場景還是現(xiàn)實(shí)場景當(dāng)中的目的[3]。

1.2.4 ?混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)

混合現(xiàn)實(shí)是一種將真實(shí)世界疊加到虛擬環(huán)境當(dāng)中技術(shù)，即將攝像頭捕捉的二維圖像通過計(jì)算機(jī)形成三維的虛擬圖像，然后疊加到虛擬世界里。如果場景內(nèi)的事物都是虛擬的，就是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域;如果是將虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中，屬于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)正在研究如何將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品相結(jié)合，爭取在以后的系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)[4]。

2 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以五常大米為例

2.1 ?三維模型構(gòu)建與優(yōu)化

農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)的建立與三維模型的建立密切相關(guān)。為了確保模型的真實(shí)性和觀賞性，系統(tǒng)使用3ds Max為主要建模軟件。合理的優(yōu)化場景，可以減少模型創(chuàng)建過程中的返工率。本節(jié)以五常大米為主題，在進(jìn)行實(shí)地調(diào)研以及策劃分析后，初步確認(rèn)了需要建模的物體。

系統(tǒng)內(nèi)較為簡單的物體選用多邊形建模，其主要思想是對象的表面由幾何多邊形組成。通過對可編輯的多邊形對象進(jìn)行編輯和修改，來實(shí)現(xiàn)物體的建模過程，多用于房屋等建筑方面的建模。三維模型創(chuàng)建之后，對模型進(jìn)行紋理映射和渲染，增加三維模型的真實(shí)性和美感。如圖1所示為房屋模型及模型在場景中的界面。

采用三維數(shù)字化建模的方法對系統(tǒng)涉及到的形狀較為復(fù)雜、還原度要求較高的物體進(jìn)行建模。系統(tǒng)涉及最多的農(nóng)作物是水稻，由于水稻的形狀不規(guī)則，為了保證模型的真實(shí)性，所以選擇該方法進(jìn)行建模。通過人工測量的方式對水稻進(jìn)行數(shù)字化獲取水稻的模型數(shù)據(jù)，保證了模型數(shù)據(jù)的真實(shí)性。首先將三維數(shù)字化獲取的“點(diǎn)”數(shù)據(jù)在犀牛Rhino當(dāng)中進(jìn)行連接，將每一個(gè)葉片的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行連接，連接后水稻模型的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在獲取模型數(shù)據(jù)時(shí)，由于環(huán)境、人工等因素的影響，會導(dǎo)致此時(shí)創(chuàng)建的模型會有一定的誤差，所以需要將處理好的模型導(dǎo)入3ds Max中，根據(jù)建模之前拍攝的照片進(jìn)行調(diào)整，盡可能的貼近實(shí)際情況，并進(jìn)行優(yōu)化處理。圖3為創(chuàng)建的水稻模型及其在場景中的界面。

在虛擬場景中，為了避免提供的信息太多或太少，以及場景過于復(fù)雜不利于程序的運(yùn)行，所以不同層次的對象需要的細(xì)節(jié)程度不同。本場景中，周圍山峰的細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)程度最小，其次是場景內(nèi)的樹木以及房屋，細(xì)節(jié)程度最高的則是與用戶進(jìn)行交互的模型，如水稻、農(nóng)作工具等。最終搭建的三維場景如圖4所示。

2.2 ?數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本節(jié)主要以五常大米為主題，通過農(nóng)業(yè)游戲的方式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一款農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)，為用戶提供真實(shí)的農(nóng)產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的場景可視化功能。

2.2.1 ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是通過實(shí)地調(diào)研五常大米的種植、生產(chǎn)、加工等過程進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的。用戶可以在選擇對應(yīng)的模塊進(jìn)行體驗(yàn)，通過體驗(yàn)每個(gè)模塊的內(nèi)容了解五常大米的相關(guān)知識。根據(jù)分析將系統(tǒng)分為三個(gè)體驗(yàn)?zāi)K，如圖5所示。

傳統(tǒng)稻作互動體驗(yàn)?zāi)K主要體驗(yàn)的是五常大米的傳統(tǒng)種植、加工的工具;現(xiàn)代水稻產(chǎn)業(yè)科技互動體驗(yàn)?zāi)K展示的是五常大米產(chǎn)業(yè)科技的應(yīng)用現(xiàn)狀，并與傳統(tǒng)的水稻種植進(jìn)行對比;貯藏加工與物流互動體驗(yàn)?zāi)K則用于了解五常大米現(xiàn)代生產(chǎn)過程中用到的設(shè)備及相應(yīng)的流程。

2.2.2 ?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)是基于移動智能端，借助Unity3D和EasyAR SDK實(shí)現(xiàn)的。配置好Unity3D發(fā)布Android應(yīng)用的環(huán)境后，對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

（1）傳統(tǒng)稻作模塊

用戶通過智能設(shè)備可以了解五常市40年代的農(nóng)作工具。首先設(shè)計(jì)二維平面圖用于圖像識別，圖6所示為本模塊部分AR平面識別圖像。

將準(zhǔn)備好的模型資源導(dǎo)入到Unity3D中，選擇EasyAR SDK當(dāng)中的ImageTarget組件實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能。以木耙子為例，將ImageTarget命名為Im-ageTargetMuPaZi，并在組件下面添加木耙子的AR模型。每一個(gè)模型都需要一個(gè)ImageTarget組件，重復(fù)以上操作，直到完成本模塊所有AR配置。以木耙子為例的平面識別圖及其三維動畫如圖7所示。

（2）現(xiàn)代水稻產(chǎn)業(yè)科技模塊

用戶通過本模塊可以了解五常水稻種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，用了哪些新技術(shù)、新方法、新模式、新裝備。本模塊的部分二維識別圖像如圖8所示。

以高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化農(nóng)田為例，將ImageTarget拖到面板當(dāng)中，并重命名為ImageTargetGaoBiaoZhun，并在組件下面添加的AR模型。重復(fù)以上操作，直到完成本模塊所有AR配置。如圖9所示是以高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化農(nóng)田為例的識別圖及其三維動畫。

（3）貯藏加工與物流模塊

用戶通過智能設(shè)備可以了解五常水稻貯藏、加工與物流的環(huán)節(jié)。本模塊的部分二維識別圖像如圖10所示。

以貯藏車間為例，將ImageTarget拖到面板當(dāng)中，并重命名為ImageTargetZhuCang，在組件下面添加的AR模型。重復(fù)以上操作，直到完成本模塊所有AR配置。如圖11所示是以貯藏車間為例的識別圖及其三維動畫。

（4）系統(tǒng)測試

將開發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)導(dǎo)入Android設(shè)備中進(jìn)行黑盒測試。測試的目的是為了發(fā)現(xiàn)軟件所有可能或者已經(jīng)發(fā)生的錯(cuò)誤。測試環(huán)節(jié)對于整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)是很重要的，它不僅驗(yàn)證系統(tǒng)的完整性，還可以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的可執(zhí)行性。

打開應(yīng)用后，將移動智能設(shè)備的攝像頭對準(zhǔn)制作的二維平面圖像，智能設(shè)備的屏幕上會播放對應(yīng)的三維動畫以及語音介紹。將二維平面圖像移開后，三維動畫消失，說明系統(tǒng)的二維跟蹤技術(shù)是可執(zhí)行的。在對所有的二維平面圖像逐一進(jìn)行識別后，發(fā)現(xiàn)沒有重復(fù)的、出錯(cuò)的三維動畫及語音介紹。說明增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是可行的。

傳統(tǒng)稻作模塊以鐵犁和點(diǎn)播機(jī)為例的部分測試過程如圖12所示。

現(xiàn)代水稻產(chǎn)業(yè)科技模塊以種質(zhì)創(chuàng)新和機(jī)械插秧為例的部分測試過程如圖13所示。

貯藏加工與物流模塊以烘干塔和運(yùn)糧車為例的部分測試過程如14所示。

通過對所有模塊進(jìn)行功能測試后，得出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能測試表，如表1所示。

通過測試發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)功能良好，滿足開發(fā)要求。

2.2.3 ?虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

考慮到系統(tǒng)的沉浸感與便攜性，系統(tǒng)選用HTC Vive Focus為虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)系統(tǒng)的體驗(yàn)設(shè)備。系統(tǒng)配置完成后，對光源和天空盒進(jìn)行設(shè)計(jì)。以傳統(tǒng)稻作互動體驗(yàn)為例，添加光源并根據(jù)在場景中的效果，調(diào)整光源的角度、顏色和光照強(qiáng)度。系統(tǒng)主要借助天空盒子實(shí)現(xiàn)場景當(dāng)中的天空效果。光源和天空盒設(shè)置前后的對比如圖15所示。

（1）傳統(tǒng)稻作模塊

該模塊主要體驗(yàn)五常市40年代的傳統(tǒng)種植水稻、收獲、加工和倉儲的方式，主要有四個(gè)關(guān)卡，功能模塊圖如圖16所示，用戶在模塊首頁可以選擇關(guān)卡進(jìn)行體驗(yàn)。

將用戶界面、創(chuàng)建好的三維模型和動畫導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D。給四個(gè)關(guān)卡圖片添加Button組件使其具備按鈕的屬性，以及EventTrigger（事件觸發(fā)器）在每個(gè)關(guān)卡圖片上，實(shí)現(xiàn)用戶發(fā)射手柄的點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)操作。該模塊場景和用戶選關(guān)界面如圖17所示。

第一關(guān)是傳統(tǒng)水稻種植，用戶主要了解的是傳統(tǒng)的種植農(nóng)作工具。進(jìn)入場景后，用戶可以看到農(nóng)田和農(nóng)作工具，包括鐵犁、木耙子和播種機(jī)。以播種機(jī)為例，添加BoxCollider組件，使其變成碰撞體，實(shí)現(xiàn)手柄與播種機(jī)的碰撞檢測，觸發(fā)EventTrigger事件：用戶發(fā)射射線點(diǎn)擊播種機(jī)時(shí)，播種機(jī)會出現(xiàn)到用戶眼前并播放語音介紹，用戶可以點(diǎn)擊播種機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)觀察并播放對應(yīng)的三維動畫。動畫播放完畢后會回到本關(guān)的初始界面。用戶可以重復(fù)體驗(yàn)本關(guān)卡的三個(gè)農(nóng)作工具。用戶看到的場景和播種機(jī)動畫截圖如圖18所示。

第二關(guān)是傳統(tǒng)水稻田間管理，用戶會縮小到水稻田當(dāng)中，需要在水稻田當(dāng)中除蟲、除草，本關(guān)共有六株雜草和六只害蟲，只有將該關(guān)卡內(nèi)所有的雜草和害蟲清理干凈，才可以進(jìn)入下一關(guān)。該關(guān)卡進(jìn)入界面和過關(guān)界面如圖19所示。

第三關(guān)是傳統(tǒng)水稻收獲，用戶會看到成熟的水稻田，和在田埂上的鐮刀。點(diǎn)擊鐮刀，鐮刀會出現(xiàn)在用戶眼前并播放鐮刀的語音提示。用戶可以點(diǎn)擊鐮刀進(jìn)行旋轉(zhuǎn)觀察，觀察結(jié)束后，用戶可以點(diǎn)擊水稻進(jìn)行收割。用戶界面和水稻收割界面如圖20所示。

第四關(guān)是加工與倉儲，用戶主要了解的是傳統(tǒng)的加工與倉儲的農(nóng)作工具。用戶可以看到稻農(nóng)院子里有待脫粒的水稻，有腳踏打稻機(jī)和簸箕，以及石臼。以腳踏打稻機(jī)為例，用戶發(fā)射射線點(diǎn)擊腳踏打稻機(jī)時(shí)，會播放水稻脫粒的動畫和語音介紹，腳踏打稻機(jī)下方的簸箕會裝上稻谷。動畫結(jié)束后，腳踏打稻機(jī)會恢復(fù)初始狀態(tài)，方便用戶重復(fù)觀看。用戶可以多次體驗(yàn)本關(guān)卡的三個(gè)農(nóng)作工具。用戶界面和體驗(yàn)?zāi)_踏打稻機(jī)的場景如圖21所示。

（2）現(xiàn)代水稻產(chǎn)業(yè)科技模塊

該模塊主要展示五常水稻的現(xiàn)代種植技術(shù)、設(shè)備等，讓用戶能夠?qū)ξ宄Ｋ镜纳a(chǎn)全過程有系統(tǒng)地、全景式地了解。該模塊有四個(gè)體驗(yàn)關(guān)卡，功能模塊圖如圖22所示，用戶可以選擇關(guān)卡進(jìn)行體驗(yàn)。

將用戶界面、創(chuàng)建好的三維模型和動畫導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D。給四個(gè)關(guān)卡圖片添加Button組件和Event Trigger組件，實(shí)現(xiàn)用戶發(fā)射手柄的點(diǎn)擊操作。該模塊場景和關(guān)卡按鈕的界面如圖23所示。

第一關(guān)是種植資源創(chuàng)新，用戶主要了解的是水稻育種實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)儀器以及育種田。用戶點(diǎn)擊場景內(nèi)的儀器可以了解其名稱及作用。觀察完育種實(shí)驗(yàn)室后，可以點(diǎn)擊按鈕前往育種田，育種田是培養(yǎng)研發(fā)品種的試驗(yàn)田。用戶界面如圖24所示。

第二關(guān)是高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化水田，主要了解的是水位傳感器、農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測儀、蟲害監(jiān)測器、高清攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施。點(diǎn)擊設(shè)施后，設(shè)施會出現(xiàn)在用戶眼前并播放語音介紹，用戶可以多角度觀察設(shè)施，也可以退出繼續(xù)觀察其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。圖25所示為該關(guān)卡的場景界面。

第三關(guān)是機(jī)械化作業(yè)，主要了解的是機(jī)械化耕整地、插秧、飛機(jī)航化、收獲的過程。用戶點(diǎn)擊農(nóng)機(jī)可以觀看該農(nóng)機(jī)工作的三維動畫。點(diǎn)擊旋耕機(jī)進(jìn)入大田整地界面;插秧機(jī)會進(jìn)入水田插秧界面;無人機(jī)會進(jìn)行航化;聯(lián)合收割機(jī)會進(jìn)行收割。用戶可以重復(fù)體驗(yàn)場景內(nèi)的農(nóng)機(jī)。四個(gè)農(nóng)機(jī)的設(shè)備的三維動畫截圖如圖26所示。

第四關(guān)是有機(jī)生態(tài)種植，主要了解的是五常市有機(jī)種植、稻鴨共作等生態(tài)種植模式和方法。根據(jù)五常實(shí)際情況構(gòu)造二維地圖，本模塊主要體驗(yàn)的是鴨稻區(qū)和景觀區(qū)部分，包括鴨稻共作、紙膜除草、觀景臺、蟲害監(jiān)測。大米加工工廠會在貯藏加工與物流部分進(jìn)行體驗(yàn)。用戶進(jìn)入該關(guān)卡的場景如圖27所示。

點(diǎn)擊按鈕，用戶會進(jìn)行對應(yīng)的場景，并對有機(jī)生態(tài)種植方法進(jìn)行了解。紙膜除草是將可降解的紙膜在插秧時(shí)覆蓋在田中，可以起到抑制雜草生長的作用;鴨稻共作生產(chǎn)技術(shù)是以種稻為中心，家鴨野養(yǎng)，稻鴨共生，互利互惠，從而達(dá)到稻鴨豐收增效的目的;站在觀景臺可以看到不同的稻田畫;蟲害監(jiān)測是利用殺蟲燈的燈光誘蟲原理進(jìn)行殺蟲，誘殺害蟲種類多，數(shù)量大。該關(guān)卡場景如圖28所示。

（3）貯藏加工與物流互動體驗(yàn)

本模塊主要展示五常水稻貯藏、加工與物流環(huán)節(jié)中的主要設(shè)備。該模塊有三個(gè)體驗(yàn)關(guān)卡，如圖29所示，用戶在模塊首頁可以選擇關(guān)卡進(jìn)行體驗(yàn)。

本模塊主要體驗(yàn)的是大米加工工廠部分，將用戶界面、創(chuàng)建好的三維模型和動畫導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D。該模塊場景和用戶界面如圖30所示。

第一關(guān)是原糧倉儲，本關(guān)卡用戶主要參觀貯藏車間。進(jìn)入關(guān)卡之后，用戶可以看到貯藏車間里面的稻谷，點(diǎn)擊提示箭頭可以進(jìn)入車間參觀。如圖31所示為車間場景。

第二關(guān)是加工車間，本關(guān)卡用戶主要參觀大米車間，了解加工設(shè)備。用戶點(diǎn)擊設(shè)備，可以近距離多角度的觀察設(shè)備，并根據(jù)語音介紹進(jìn)行了解。用戶界面和為以谷糙分離機(jī)為例的近處觀察場景如圖32所示。觀察完畢后，可以點(diǎn)擊退出返回初始位置繼續(xù)觀察其他設(shè)備。

第三關(guān)是物流區(qū)，主要是了解大米生產(chǎn)包裝好之后，如何進(jìn)行物流運(yùn)輸。選擇該關(guān)卡之后，用戶進(jìn)入物流發(fā)貨區(qū)，可以看到叉車運(yùn)送大米袋和傳送帶運(yùn)輸大米袋到卡車上的動畫，如圖33所示。

卡車裝滿后，用戶會看到裝滿大米袋的卡車開走的動畫，如圖34所示。

（4）系統(tǒng)測試

將生成的安裝包導(dǎo)入VIVE Focus一體機(jī)，并進(jìn)行黑盒測試。以傳統(tǒng)稻作互動體驗(yàn)?zāi)K為例進(jìn)行測試。

首先，對第一關(guān)傳統(tǒng)水稻種植進(jìn)行體驗(yàn)?？梢猿晒M(jìn)入場景并且所處位置視線良好，可以觀察到關(guān)卡全貌和三個(gè)農(nóng)作工具。逐一選擇三個(gè)農(nóng)作工具，看其是否能正常顯示并播放對應(yīng)的三維動畫，發(fā)現(xiàn)動畫播放不卡頓，對應(yīng)關(guān)系沒有出錯(cuò)。測試證明用戶可以正確的使用本關(guān)卡。用戶體驗(yàn)場景如圖35所示。

其次，對第二關(guān)傳統(tǒng)水稻田間管理進(jìn)行體驗(yàn)。可以成功進(jìn)入場景并且水稻田給人的感覺與預(yù)期相符——人變成水稻的二分之一大小。點(diǎn)擊水稻植株不會將其消滅掉，說明水稻植株的參數(shù)設(shè)置正確。點(diǎn)擊害蟲和雜草會使其消失，在沒有消滅掉所有害蟲和雜草時(shí)，不會彈出過關(guān)提示，用戶不會提前進(jìn)入下一關(guān)，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的邏輯。用戶過關(guān)場景如圖36所示。

然后，體驗(yàn)第三關(guān)傳統(tǒng)水稻收獲?？梢猿晒M(jìn)入場景，點(diǎn)擊鐮刀之后，會出現(xiàn)在眼前并播放鐮刀的語音介紹。觀察結(jié)束后可以點(diǎn)擊成熟的水稻進(jìn)行收獲，水稻田所有水稻都可以成功收獲，與預(yù)期相符合。用戶收割過程場景如圖37所示。

最后，體驗(yàn)第四關(guān)傳統(tǒng)水稻加工與貯存，可以成功進(jìn)入場景，能看到腳踏打稻機(jī)、簸箕和石臼。逐一選擇三個(gè)農(nóng)作工具，看其是否都可以播放對應(yīng)的三維動畫以及語音介紹。動畫結(jié)束后，農(nóng)具恢復(fù)到初始狀態(tài)，方便用戶重復(fù)體驗(yàn)。用戶體驗(yàn)場景如圖38所示。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)其他模塊的測試過程與傳統(tǒng)稻作模塊相同。通過對所有模塊進(jìn)行功能測試后，得出如表2所示的功能測試表。

3 ?總結(jié)與展望

農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)通過將農(nóng)產(chǎn)品與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，為用戶了解農(nóng)產(chǎn)品的食品安全以及科普教育提供了新的途徑。針對不同的農(nóng)產(chǎn)品，在進(jìn)行實(shí)地調(diào)研之后策劃設(shè)計(jì)不同的數(shù)字互動體驗(yàn)系統(tǒng)。通過展示真實(shí)的信息，讓用戶了解農(nóng)產(chǎn)品的同時(shí)，還可以對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行宣傳推廣。

本文從系統(tǒng)的需求出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)的性能需求和功能需求分為借助移動智能設(shè)備的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，和借助頭戴式顯示器進(jìn)行體驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。不同的場景和條件體驗(yàn)不同的系統(tǒng)，增加了用戶體驗(yàn)的多樣性。讓用戶可以在不同的環(huán)境條件下體驗(yàn)不同的形式，有助于展示農(nóng)產(chǎn)品信息，比其他展示系統(tǒng)的技術(shù)更加新穎，更容易吸引用戶體驗(yàn)。

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