虚拟农业技术及其应用第29卷V01.29第8期NO.8计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign2008年4月Apr.2008虚拟农业技术及其应用李海林,罗长远,唐俊(信息工程大学电子技术学院,河南郑州450004)摘要:计算机和信息技术对世界各地农业和农村发展发挥着重要的作用.虚拟农业技术将农业科学和信息技术,虚拟现实技术相结合,开辟了农业信息技术研究和应用的新途径.在给出了虚拟农业概念的基础上,分析了虚拟农业的组成,应用范围和发展方向.针对虚拟农业的一个典型应用——虚拟农作物,研究了虚拟农作物系统的结构,并采用植物三维重建法建立了虚拟农作物模型.关键词:虚拟现实;虚拟农业;虚拟农作物;虚拟农作物系统;虚拟实验中图法分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:i000—7024(2008)08—2059—03ApplicationofvirtualagriculturetechnologyLIHai—lin,LUOChang—yuan,TANGJun(InstituteofElectronicTe术是数字地球的技术基础之一.其基本组成为数字农业和数字城市.虚拟农业正是用可视化和虚拟现实技术和对农业进行模拟,仿真,实现数字农业的可视化,即虚拟农业是数字农业的主要实现形式,是数字地球不可缺少的一部分.(3)虚拟农业技术在休闲农业中的应用0:休闲农业,又称观光农业,旅游农业.利用虚拟农业技术进行模拟,可以实现农村设备与空间,农业生产场地和合理利用;规划设计效果的形象化;模拟采摘,销售,观赏,垂钓,游乐等活动,为旅客设计合理路线,让旅游者最大限度的参与,亲自体验;让参与者更加珍惜农村的自然文化资源,激起人们热爱劳动,热爱生活,热爱自然的兴趣,也进一步增强人们保护自然,保护文化遗产,保护环境的自觉性.更重要的是,对于没有机会旅游的人来说,可使他们身临其境.3虚拟农业的应用举例——虚拟农作物研究3.1虚拟农作物虚拟现实技术给用户带来了强烈的真实感和临场感体验,带来了新的人机交互概念,即”沉浸式交互环境”.运用此技术,可将来自多年的农作物生长实物资料,虚拟成为几分钟的生长过程,使得真实感虚拟世界生成,使用户短时间内操作,观察,检测,获取数据成为可能;还可将现实世界观察不到的遗传基因,胚胎发育,作物吸收营养等内容,用可视化技术和虚拟现实技术变为人们可看见,可感知的过程.利用虚拟现实技术模拟农作物在三维空间中的形态结构,生长发育过程和生长环境,就是虚拟农作物.虚拟农作物主要是采用高效的数据采集系统来监测农业环境因素变化与相应的作物生长发育动态,研究作物形态与环境关系的量化作用规律.应用面向对象的程序设计思想和可视化技术建立作物动态模型.虚拟农作物系统对于探索农作物理想模型,优化生长调控措施,构建植物形态及园林设计和虚拟实验教学等具有重要的应用价值.虚拟农业根据研究对象的不同,可以有不同的系统结构,虚拟农作物结构如图l所示.3.2虚拟农作物模型的研究虚拟农作物模型是基于对现实世界农作物的研究而建立的,首先要对自然界生长的真实农作物的形态结构进行精确定量化研究,并总结出农作物的生长规则,然后再用适当方法对农作物形态结构和生长规则进行表达].文中采用植物三维重建法对农作物进行建模.该种方法是利用仪器采集农作物的空间数据,在计算机上编写程序调用获得的空间数据,从而实现农作物的三维模拟.这是～种到对作物对环境—塑望<堕堕生实H作境』—生长现实ff建模f=l二三图1虚拟衣作物系统结构l环耋f势空间环l境模型l土壤环l境模型l对现实农作物的模拟方法,它的模拟效果与测量农作物空间数据仪器的精度有密切的关系”.随着仪器的精度不断提高,模拟出来的农作物的真实性也会越来越高.典型的农作物结构由根,茎,叶,花,果实及种子构成.根称为地下部分,与土壤环境之间交互.茎,叶,花,果实及种子称为地上部分,与空间环境交互”.农作物个体的生长过程表现自主,主动,持续的属性.农作物的各器官之间则存在着交互和协作过程.同种农作物的不同个体之间则存在着竞争关系,不同农作物的个体之间则表现为协作或者竞争的关系.农作物体与环境的交互则体现为反应性(应激性).作为环境因素的人则是一种智能体.所以将现实空间中的实体(农作物体)映射到模型空间(农作物模型),将农作物体与环境间的关系及其与器官之间的关系抽象为知识库和模型库.人作为外部调...