VR在農業上的應用

原標題：VR在農業上的應用

對虛擬農業的研究始於虛擬植物，虛擬植物是應用計算機模擬三維空間中植物的生長發育狀況，其主要特徵是以植物個體為研究中心，以植物形態結構為研究重點，所建立的模型是三維的、可視化的。模型的建立主要有三種方法：第一是直接使用編程的方法，第二是使用現有軟體如3D MAX，實地考察測量，獲取資料，設計參數形成模型，第三是通過感測器、攝像機等採集數據，然後輸人電腦進行整理。其中作物形態結構的模擬研究發展比較快，有代表性的是1968年丹麥植物學家Lindenmayer提出的L—系統。 美國的Clausnitzer和Hopmans利用有限元的方法進行了三維根的生長和瞬時土壤水流的模擬建模，並編程實現了其模型。法國農業開發國際研究中心（CIRAD）研製了AMAP（Advanced Modeling of Architecture of Plant）模型。但這些模型缺乏生物學特性，忽視了環境方面的問題，不適合在農業中應用。因此，農業科研人員已把重點放在生理生態和形態結構相結合的模型研究上，並把作物同周圍環境結合起來進行模擬，這才是真正意義上的虛擬農業。 在我國，1996年11月國家863計劃提出了虛擬農業的概念，並將虛擬農業列為863先期啟動計劃。國家「十五」計劃關於「農業信息化重點發展領域」一章中第4條就建議利用現代信息技術建立「國家虛擬農業重點實驗室」開展虛擬農業研究。

世界上僅有少數幾個研究機構的研究小組在開展虛擬農業方面的研究，我國在這方面的研究方法思路都還是探索性的，目前研究還面臨許多難題。如虛擬農業研究涉及的學科很多，需要投人大量的人力、財力，包括高水平的計算機三維開發人才、程序設計人才、農業專家，還要求性能很高的計算機軟硬體設備。目前，完全具備這些條件從事虛擬研究的幾乎沒有。還有像三維製圖軟體功能還不完善，不足以表達完整的模型，計算機運算能力不夠，各地研究的方法、手段不一。所有這些問題都需繼續研究解決，但毫無疑問，虛擬農業的發展將給農業科研帶來勃勃生機。我國將儘快建立虛擬農業信息專題跟蹤，條件初步具備時籌建虛擬農業重點實驗室，農業科研及農業現代化推向世界領先水平。

虛擬農業在現代農業中的應用及前景

20世紀80年代以來，計算機和信息技術在農業中的應用已大大促進了農業的發展。虛擬農業是對傳統農業的革新，是以農業領域為對象、先進技術為手段、計算機為平台的一種全新農業研究方法，它可以充分發揮農業科技人員的智慧和想像力，使農業科學家可以在虛擬環境下開展農業研究，從而大大降低實驗成本，縮短實驗周期，提高農業領域研究的效率。用它可以模擬作物和環境因子，還可以進行科學實驗和教學，且在植物生長狀況遙感監測、園林設計、生產經營管理等眾多領域也有重要應用，對提高農產品產量、改善品質及增加農業生產效率，並最終極大地促進農業現代化等方面有廣闊的應用前景。 虛擬農業是一種技術手段，將會像虛擬現實一樣得到很大的發展。在初期階段，不需要虛擬農業都保持很高的真實性，實際上完美真實性對於目前的認知水平也不現實。但對虛擬農業對象研究的目的進行認知分析，並作為虛擬的基礎，採用由粗到細、由淺人深的方式逐步完善，將改變傳統的科研、教學和生產方式，在現代農業中，這是一項富有挑戰性的研究課題。主

要因為：

1，虛擬農業過程是一個很有實踐意義的過程。傳統的農學、畜牧獸醫學做一個實驗，往往要觀察測試動植物的一個生育期。對作物，需1年，對動物，則要多年。而虛擬農業用計算機可視化地模擬動植物在各種水肥、營養脅迫條件下的發展過程，用戶操作計算機，不但可以了解動植物生長全過程中各種鮮、干物質積累的性狀，還可以從不同視角了解動植物的逼真形態。在計算機支持下，幾秒內就能模擬動植物的整個生長周期，不必用很長時間實地種或養動植物，一次模擬實驗只需幾分鐘，即可得到實驗結果，大大加快了實驗的速度，減少了實驗的投人，而且還可以完成在自然條件下難以實現的實驗研究。在進行觀察分析時，可以獲得動植物生長過程中各參數的動態數據，一改傳統農業中難於定量化研究的局面，為精確農業提供依據。

2，虛擬農業研究是一項很有價值的技術手段，可以縮短農業領域重大項目研究的時間，節約經費。可以促進農業領域的基本理論研究，更強調實踐檢驗，反過來推動虛擬農業技術的發展，進而推動農業科研進展。結合現代生物技術，為模型設計、基因型改良等提供指導。比如，為大幅度提高作物產量，需培育超級作物品種，為獲得超級品種需優化作物株型，使人們進一步加深對作物生理的研究和對作物生命的理解。依據育種新理論，獲得超級品種除雜交優勢外還需要改進作物株型，可以建立超高產作物品種株型設計的虛擬育種系統，通過計算機設計出不同株型，虛擬其生長，精確地定量化地模擬其光截獲能力與光合產量形成能力，優選出理想株型，這樣就能為育種指明方向，從而減少盲目性。通過虛擬分析害蟲在作物群體三維空間中的藏匿和覓食規律，確定最佳的噴葯時間和方式，降低成本、減少環境污染。利用虛擬植物模擬農藥從噴霧器中噴出後的空間運行軌跡，直觀地觀察農藥在植物群體中的空間分布與害蟲的位置關係，從而可確定農藥的最佳噴施方法。利用虛擬農業技術，可以非常直觀地對農田、森林等複雜的生態系統進行研究，發現傳統研究方法和技術手段難以觀察到的規律。還可以尋找一種既能對付蟲害又不污染環境的方法，例如通過改變農作物形狀或葉子形狀而使害蟲無法藏身或無法覓食，以此途徑來減少害蟲侵襲。此外，還可以利用虛擬作物來尋找最佳栽培方式。

3，虛擬農業是建立在可視化技術和虛擬現實技術基礎上的一種模擬農業，在以虛擬作物為研究基礎的農作物生產系統中，虛擬作物主要是採用高效的數據採集系統來監測農業環境因素變化與相應的作物生長發育動態，研究作物形態與環境關係的量化作用規律。虛擬作物系統對於探索作物理想模型、優化生長調控措施、構建植物形態及園林設計和虛擬實驗教學等很有應用價值。利用虛擬作物生長技術，在虛擬農田環境系統中進行虛擬實驗，可部分替代在現實世界中難以進行或雖能進行但費時、費力、昂貴的試驗。在教學、科普教育和農業科技推廣領域，可建立虛擬農場，與其他智能化農業軟體系統（如專家系統）聯結，使學生或農民在計算機上種植虛擬作物和進行虛擬農田管理，有利於教學和農業科技的推廣。學習者可以從任意角度甚至在作物冠層內漫遊，觀察作物生長狀況的動態過程，還可以通過改變環境條件和栽培措施，直觀地觀察作物生長過程及最終結果。這種效果是傳統方式無法達到的，對文化基礎較低的農民特別有利，使他們更易於掌握先進的農田管理技術。由此可見，虛擬農業技術是一項很有效的技術，具有很好的推廣應用前景。

總之，隨著計算機技術的進一步發展及網路通信水平的不斷提高，信息技術在農業領域的作用將會更加突出，多媒體遠程諮詢系統、多媒體遠程診斷系統將會更加完善，農民可以足不出戶就能獲得各種各樣的信息，農業科技工作者也可以在任何地方為農民提供服務，計算機技術將在農業發展中發揮越來越重要的作用。特別是隨著虛擬農業研究的不斷深人，將會湧現出一批利用虛擬農業技術設計的虛擬作物、畜禽魚等產品，利用各種感測設備，農業科研人員或農戶可以在計算機模擬的農業環境中進行虛擬實踐。信息技術的應用是農業現代化的客觀要求和發展趨勢，尤其虛擬農業是計算機技術農業應用的更高境界，農業信息產品將會成為今後服務「三農」的新產品。加快計算機技術的農業應用開展虛擬農業研究，構建農業知識創新體系，推進農業現代化進程，已是國際上正在興起的農業技術前沿。

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