基于VR的农业虚拟实验室设计和研究

李金

【摘 要】随着VR技术和农业的发展，计算机系统中可以利用虚拟现实技术创建一个农业虚拟实验环境，农业研究种植人员可以通过农业虚拟实验室进行农业模拟或实验，不仅可以缩短项目研究所需时间，降低研究成本，而且可以改善生态环境。

【关键词】VR；农业；虚拟实验室

0 引言

随着VR技术的发展，虚拟现实已经在诸多领域得到了应用。在农业种植的过程中，如果采用传统的方式进行农业项目研究，周期很长，成本很高。农业虚拟实验室的建立，农业研究人员可以采取在农业虚拟实验室中进行虚拟实验并与现实实践相结合的方式进行项目研究，省时省力。

1 农业虚拟实验室系统结构和特点

农业虚拟实验室系统结构如图1 所示。该系统除了有硬件和软件组成以外，还包括服务器和客户端，服务器端的计算机是最主要的部分。

场景的一致性在农业虚拟实验室的建立当中是非常重要的，如果不能保证场景的一致性将会造成客户端实验现象的紊乱，服务器端主要管理和维护场景的一致性，对客户端进行监听，满足客户端的连接需求，而且可以实现用户的注册以及对用户的管理。农业研究种植人员可以了解其它用户的状态，模拟实验的显示和更新结果，农业研究人员客户端与服务器通过通信部件相互通信，以保证客户端与服务器的正常通信。通行部件的主要工作是：将服务器端获得的实验结果数据和用户状态给各客户端，接收后，客户端同样可以通过通信部件将实验过程结果数据已经自身状态发送给服务器，通信方式采用全双工。

本文从系统的功能上来讲硬件主要包括测量单元，数据采集单元和仪器仪表。农业虚拟实验室的创建其主要功能就是能够在客户端完成模拟的农业实验，在创建虚拟农业实验室的过程中需要对实验仪器等重要信息进行采集，该过程采用信息采集卡对被测单元和实验仪器进行采集。配合使用的硬件也可以将计算机发出的命令反馈到被测量单元或仪器设备中，并实现相应操作。

从个性化的角度出发，考虑到方便快捷性，系统需要具备准确高效的设计出相应虚拟元器件的能力。从成本出发，系统所设计的这些虚拟元器件应该可以重复使用。虚拟仪器的产生就是通过硬件与软件相互结合产生的。

2 基于VR的农业虚拟实验室设计

本文设计的基于VR的农业虚拟实验室指的是在计算机系统中利用虚拟现实技术创建的实验虚拟环境，软件的设计很关键，系统的软件由三个部分组成转换驱动程序、I/O 接口程序以及高级应用程序。功能实现由软件模块实现。该系统包括对客户端管理，虚拟实验器材建立和实验过程监督处理等功能。

农业虚拟实验室的实验过程如图2所示。

在整个实验过程中，农业实验人员会通过客户端进行登录，进入到农业虚拟实验室的网络运行平台，选取自己所要的实验器材进行实验，实验输出的结果将通过信息采集系统，信息采集系统就是采集的实验的输入和输出信息并送给客户端，实验操作的过程会通过五通道视景显示，通过建模系统实现对场景的仿真，送给五通道视景显示和视景驱动系统，经模拟系统模拟反馈结果送给视景驱动系统进行驱动并通过动力学模型实时解算出输出，这个系统就是一个不断输入产生反馈对反馈输入进行处理的过程。

农业虚拟实验室包括四部分的组成：（1）实验处理仿真软件。该部分主要完成对实验人员产生数据的更新，存储和一系列的分析处理。（2）数据库系统。主要目的是存储大量的实验结果。（3）能处理大量模拟操作、数据处理的服务器。

农业虚拟实验室的设计需要考虑其交互性，能够使多个实验者进行参与，基于 Web 的网页浏览器结合服务器（B/S）计算模式的使用是实现农业虚拟实验室的一种基本方法。介于该农业虚拟实验室的共享性，多个用户可以通过客户端进行连接使用。

3 结语

本文用虚拟现实技术的思想创建了农业虚拟实验室，用新的方式把农业实验人员和虚拟实验室联系在一起，通过该辅助手段，农业研究员能一定程度上缩短农业领域重大项目研究时间，节约经费，降低生产成本，改善生态环境，提高农作物产品质量和产量，具有很好的应用前景。

【参考文献】

[1]张茂军，李云浩，等.HVS：一种基于实景图像的虚拟现实系统[J].小型微型计算机系统，2009，20（7）：491-495.

[2]石教英.虚拟现实基础及实用算法[M].北京：科学出版社，2002.

[3]刘惠临.基于校园网的虚拟实验室的建立[J].安徽理工大学学报，2006，26（6）：33-36.

[责任编辑：汤静]