基于VR的農業虛擬實驗室設計和研究

李金

【摘 要】隨著VR技術和農業的發展，計算機系統中可以利用虛擬現實技術創建一個農業虛擬實驗環境，農業研究種植人員可以通過農業虛擬實驗室進行農業模擬或實驗，不僅可以縮短項目研究所需時間，降低研究成本，而且可以改善生態環境。

【關鍵詞】VR；農業；虛擬實驗室

0 引言

隨著VR技術的發展，虛擬現實已經在諸多領域得到了應用。在農業種植的過程中，如果采用傳統的方式進行農業項目研究，周期很長，成本很高。農業虛擬實驗室的建立，農業研究人員可以采取在農業虛擬實驗室中進行虛擬實驗并與現實實踐相結合的方式進行項目研究，省時省力。

1 農業虛擬實驗室系統結構和特點

農業虛擬實驗室系統結構如圖1 所示。該系統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。

場景的一致性在農業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，對客戶端進行監聽，滿足客戶端的連接需求，而且可以實現用戶的注冊以及對用戶的管理。農業研究種植人員可以了解其它用戶的狀態，模擬實驗的顯示和更新結果，農業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據和用戶狀態給各客戶端，接收后，客戶端同樣可以通過通信部件將實驗過程結果數據已經自身狀態發送給服務器，通信方式采用全雙工。

本文從系統的功能上來講硬件主要包括測量單元，數據采集單元和儀器儀表。農業虛擬實驗室的創建其主要功能就是能夠在客戶端完成模擬的農業實驗，在創建虛擬農業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出的命令反饋到被測量單元或儀器設備中，并實現相應操作。

從個性化的角度出發，考慮到方便快捷性，系統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，系統所設計的這些虛擬元器件應該可以重復使用。虛擬儀器的產生就是通過硬件與軟件相互結合產生的。

2 基于VR的農業虛擬實驗室設計

本文設計的基于VR的農業虛擬實驗室指的是在計算機系統中利用虛擬現實技術創建的實驗虛擬環境，軟件的設計很關鍵，系統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。功能實現由軟件模塊實現。該系統包括對客戶端管理，虛擬實驗器材建立和實驗過程監督處理等功能。

農業虛擬實驗室的實驗過程如圖2所示。

在整個實驗過程中，農業實驗人員會通過客戶端進行登錄，進入到農業虛擬實驗室的網絡運行平臺，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，信息采集系統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，通過建模系統實現對場景的仿真，送給五通道視景顯示和視景驅動系統，經模擬系統模擬反饋結果送給視景驅動系統進行驅動并通過動力學模型實時解算出輸出，這個系統就是一個不斷輸入產生反饋對反饋輸入進行處理的過程。

農業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生數據的更新，存儲和一系列的分析處理。（2）數據庫系統。主要目的是存儲大量的實驗結果。（3）能處理大量模擬操作、數據處理的服務器。

農業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 的網頁瀏覽器結合服務器（B/S）計算模式的使用是實現農業虛擬實驗室的一種基本方法。介于該農業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

本文用虛擬現實技術的思想創建了農業虛擬實驗室，用新的方式把農業實驗人員和虛擬實驗室聯系在一起，通過該輔助手段，農業研究員能一定程度上縮短農業領域重大項目研究時間，節約經費，降低生產成本，改善生態環境，提高農作物產品質量和產量，具有很好的應用前景。

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[責任編輯：湯靜]