虛擬果樹修剪系統(tǒng)的研究.pdf

虛擬果樹修剪系統(tǒng)的研究 王劍 周國民 (中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所 北京 100081) 摘 要：為解決果樹修剪技術(shù)推廣過程中所遇到的問題，提出了構(gòu)建虛擬果樹修剪系統(tǒng)的方法，介 紹了該方法的設(shè)計(jì)思路和關(guān)鍵技術(shù)，并總結(jié)了此方法的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：果樹修剪；虛擬現(xiàn)實(shí)；農(nóng)業(yè) 1 引言 我國是果樹種植大國，全面提高果品質(zhì)量，穩(wěn)定果品產(chǎn)量是維系到果業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展的關(guān) 鍵。果樹修剪技術(shù)是果樹管理措施中的重要技術(shù)手段，對提高果品質(zhì)量，調(diào)控果品產(chǎn)量起著至關(guān)重 要的作用，因此，在廣大果區(qū)推廣和普及先進(jìn)實(shí)用的修剪技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的工作。然而，在實(shí) 際生產(chǎn)和技術(shù)推廣工作中，主要存在著兩大困難：一是，掌握果樹修剪技術(shù)的科技人員相對短缺； 二是，在農(nóng)村普及正確的修剪技術(shù)有一定難度。由于果樹修剪具有不可逆性，一次錯(cuò)誤的修剪往往 帶來不可彌補(bǔ)的損失。在實(shí)際生產(chǎn)中，這樣的事例比比皆是，嚴(yán)重影響了我國果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正是可以在虛擬的農(nóng)田環(huán)境中進(jìn)行虛擬試驗(yàn)的先進(jìn)技術(shù)，可以部分的替代現(xiàn)實(shí)生 活中比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)力以及昂貴的試驗(yàn)。如將其應(yīng)用到果樹修剪技術(shù)推廣工作中，將使此項(xiàng)工作的困 境得以改善，為廣大果農(nóng)掌握先進(jìn)的修剪技術(shù)提供一種全新的途徑。本文在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院多年研 究積累的豐富科學(xué)數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，探討并研究了面向廣大果農(nóng)進(jìn)行技術(shù)推 廣的虛擬果樹修剪系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文研究的“虛擬果樹修剪系統(tǒng)”是一個(gè)果樹修剪仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是模擬真 實(shí)果樹的各種生長狀況并對各種因素的改變作出近似于實(shí)際的反應(yīng)。應(yīng)用這個(gè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)果樹修剪技 術(shù)能讓學(xué)員在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以隨心所欲地使用 “虛擬剪刀”試驗(yàn)各種修剪方法，任意地修剪每一個(gè)枝條，而系統(tǒng)則根據(jù)剪枝人的行為，模擬出不 同的修剪后果。在剪枝的同時(shí)，馬上看到修剪的狀況，還可以模擬出因修剪而產(chǎn)生的一系列影響和 后果，如：枝量的改變，枝條生長方向的改變，樹形的改變等；以及因這些改變帶來的影響和產(chǎn)生 的結(jié)果——花芽的變化、坐果率的變化、產(chǎn)量的變化、果實(shí)品質(zhì)的變化等。通過這種方法，把果樹 基金來源：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2002AA243041) 王劍(1976一)，男，博士在讀，研究方向：作物信息科學(xué) 周國民(1969一)，男，博士，研究員，研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù) 104 虛擬墨撾修煎系統(tǒng)的班究 較長的生長周期濃縮到短時(shí)間模擬生長中，使抽象的概念、理論直觀化、形象化，方便使用者對抽 象概念的理解。同時(shí)，這個(gè)虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)員可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握 修剪技能為止。 這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是果樹修剪知識和信息技術(shù)集成的技術(shù)平臺，它主要由軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 和硬件系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括果樹修剪知識數(shù)據(jù)庫(規(guī)則庫)、三維果樹樹形數(shù)據(jù)庫(對象 庫)、三維環(huán)境數(shù)據(jù)庫和修剪工具數(shù)據(jù)庫。軟件系統(tǒng)包括可視化輸出模塊、交互模塊等。系統(tǒng)模擬 運(yùn)行和可視化環(huán)境的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)模擬運(yùn)行和可視化環(huán)境的結(jié)構(gòu)圖 3關(guān)鍵技術(shù) 3．1 果樹樹形三維模型數(shù)據(jù)庫 三維果樹樹形庫存儲的是果樹樹形的表現(xiàn)，并通過可視化輸出模塊實(shí)現(xiàn)果樹修剪數(shù)據(jù)到表現(xiàn)之 間的映射。在此數(shù)據(jù)庫中其主要的對象以三維掃描的方式獲得，像枝條、果實(shí)等小型的果樹對象可 以用手持三維掃描完成，如美國的F鷦tscan利用紅外掃描的原理，可以快速形成三維立體模型，在 靜態(tài)掃描時(shí)利用其探筆定位，精度可以達(dá)到0．5cm；對于那些大型的果樹對象，如果樹的樹冠、大 的果枝等，則可以利用大型三維掃描設(shè)備完成。三維掃描得到的圖像可以利用三維圖像處理軟件進(jìn) 行細(xì)致的處理，并轉(zhuǎn)換成恰當(dāng)?shù)母袷饺鏥RML格式，存儲在對象數(shù)據(jù)庫中，并將位置固定不變的物 體的真實(shí)位置記錄在數(shù)據(jù)庫中。 3．2果樹修剪規(guī)則的表示 在系統(tǒng)的實(shí)際操作時(shí)，修剪規(guī)則是一個(gè)至關(guān)重要的內(nèi)容，用戶的輸入內(nèi)容最終是要映射成相應(yīng) 的規(guī)則，才能正確地選取相應(yīng)的對象模型進(jìn)行可視化輸出，因此將果樹的修剪知識用規(guī)則表示出來 是一個(gè)關(guān)鍵性的問題。在本文的果樹修剪知識庫中，修剪知識通過判定樹來轉(zhuǎn)化為規(guī)則，利用這種

相關(guān)知識

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童肥胖防治研究中的應(yīng)用進(jìn)展.pptx
從虛擬到現(xiàn)實(shí)：老年VR康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)助力認(rèn)知功能訓(xùn)練
生態(tài)系統(tǒng)健康研究進(jìn)展
骨肌系統(tǒng)CT研究新進(jìn)展（2021）
'基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)前健康教育課程的構(gòu)建及應(yīng)用
健康人居空氣質(zhì)量環(huán)境的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
康復(fù)運(yùn)動對乳腺癌患者恢復(fù)效果的研究.pdf
膠州灣海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)研究.pdf
母乳喂養(yǎng)支持體系的研究現(xiàn)狀
體重污名對肥胖大學(xué)生心理健康的影響及對策研究.pdf

網(wǎng)址: 虛擬果樹修剪系統(tǒng)的研究.pdf http://m.u1s5d6.cn/newsview337784.html