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| 虛擬現(xiàn)實技術模擬植物在三維空間中的發(fā)育過程 | |||||||||||
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虛擬現(xiàn)實技術模擬植物在三維空間中的形態(tài)結(jié)構、生長發(fā)育過程。然后實際培育出能與虛擬品種相媲美的優(yōu)良品種，農(nóng)業(yè)科學研究中的應用 農(nóng)業(yè)科學研究中。即“虛擬植物”可用計算機設計出虛擬作物、畜、禽、魚等。從遺傳學上操縱品種的培育。綜合考慮植物生理生態(tài)和形態(tài)結(jié)構兩方面的虛擬植物，可用來進行一系列虛擬試驗，如可計算出植物每一葉片接收到光輻射量，也可研究植物群體的光分布情況等。通過合理優(yōu)化作物的株型，模擬其截光能力與光合產(chǎn)量形成能力，從而為獲得超級作物的株型提供理論依據(jù)。另外，考慮水分在植物體空間的傳輸阻力、植物群體內(nèi)的風速等因素的基礎上，可計算出植物蒸騰的空間分布，從而實現(xiàn)對農(nóng)田蒸散的精確研究?？傊锰摂M植物技術，可直觀地對農(nóng)田、森林等復雜的生態(tài)系統(tǒng)進行研究，從而發(fā)現(xiàn)激進研究方法和技術手段難以觀察到規(guī)律。
虛擬現(xiàn)實技術中的科學可視化技術能將復雜的科學現(xiàn)象和自然景觀以及復雜概念等圖形化。采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術和測試技術可在短時間內(nèi)獲得大量數(shù)據(jù)。如地球衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遙感監(jiān)測系統(tǒng)獲得的丈量數(shù)據(jù)，另一方面。從而發(fā)現(xiàn)科學規(guī)律或直觀地掌握復雜概念。農(nóng)業(yè)科學研究中。計算機發(fā)生的模擬數(shù)據(jù)都是海量數(shù)據(jù)。應用科學可視化技術，可將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為幾何圖形及圖像信息，并可在計算機屏幕上加以顯示，還可進行交互處置，這就使我能以直觀生動的方式發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)中的科學規(guī)律。
但它實際中的應用價值已被人們認可。將極為復雜而又周期很長的生命科學的研究放在定量的時空坐標系統(tǒng)中進行分析， 虛擬農(nóng)業(yè)雖是一項新技術。并已在農(nóng)業(yè)領域得到廣泛應用。虛擬農(nóng)業(yè)的研究無疑具有劃時代意義。極大地縮短了研究周期，又可直接得到定量的實驗結(jié)果。相信，虛擬農(nóng)業(yè)必將在農(nóng)業(yè)行業(yè)中引起一場新的技術飛躍。
近年來。其發(fā)展前景十分可觀。虛擬農(nóng)業(yè)是基于虛擬現(xiàn)實技術而不時發(fā)展起來的一門新技術。技術研究領域十分活躍。虛擬農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)科研、教學、生產(chǎn)、管理、規(guī)劃、農(nóng)業(yè)資源配置、商品流通等領域有著廣泛應用。
通過感官、語言、手勢等較“自然”方式進行“交互、對話”系統(tǒng)和環(huán)境。計算機圖形學、多媒體技術、圖像處置與模式識別、智能接口術、傳感器技術、高度并行的實時計算機技術、人工智能、人機工程學、語音處置與音響技術、網(wǎng)絡技術、人的行為研究及心理學等多項關鍵技術更高層次的集成和滲透。將從根本上改變目前讓人去造就計算機的不友善的局面。從而使人無需經(jīng)過專門訓練就可在不知不覺中使用計算機，虛擬現(xiàn)實俗稱VRVirtualR一種新的人一機界面形式。將傳統(tǒng)的計算機從一種需要人用鍵盤、鼠標對其進行操作的設備變成了人在計算機發(fā)明的人工環(huán)境中。而變成讓計算機來適應人的一種新體制。這就大大擴展了計算機的應用范圍，使其滲透到人們工作、學習和生活的各個領域。
虛擬農(nóng)業(yè)還沒有準確的定義。宋友洪等認為：虛擬農(nóng)業(yè)是利用計算機模擬作物生長過程。整個過程用三維動畫模擬作物的生長，虛擬農(nóng)業(yè)的概念 目前為止。獲得作物生理生態(tài)過程和形態(tài)結(jié)構的并行過程的共同結(jié)果。并輸出作物生理參數(shù)及其關系。孫九林院士等認為：虛擬農(nóng)業(yè)是以農(nóng)業(yè)領域研究對象(農(nóng)作物、畜、禽、魚、農(nóng)產(chǎn)品市場、資源高效利用等)為核心，采用先進信息技術手段，實現(xiàn)以計算機為平臺的研究對象與環(huán)境因子交互作用，以品種改良、環(huán)境改造、環(huán)境適應、增產(chǎn)等為目的技術系統(tǒng)，其成果應接受實踐的檢驗。前者重點指出了虛擬農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)過程，后者則突出了虛擬農(nóng)業(yè)的核心、目的和手段，偏重點各異。因此，應將二者綜合起來，全面系統(tǒng)地理解虛擬農(nóng)業(yè)的概念。
但是將完全地改變傳統(tǒng)的科研、規(guī)劃、教學方式。改變了中國乃至世界幾千年傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗種植的模式。不只可快速模擬作物生長的全過程，虛擬農(nóng)業(yè)的意義 雖然虛擬農(nóng)業(yè)的過程相當復雜。并且?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟效益。虛擬農(nóng)業(yè)是一個定量化的研究過程。很大水平上縮短育種年限，還可模擬作物滿足最大經(jīng)濟產(chǎn)量時的株型，為育種工作指明方向。虛擬農(nóng)業(yè)可以模擬同種作物之間、不同種作物之間連作、間作、套作間的相互影響、相互作用，為有限的
還可使農(nóng)業(yè)課堂的學習形象化。主要指它可部分替代在現(xiàn)實世界中難以進行或費時、費力、高貴的試驗，耕地合理搭配、合理耕種提供較理想的規(guī)劃。通過虛擬農(nóng)業(yè)的模擬。各位學者、學生能更好的理解、掌握現(xiàn)代農(nóng)業(yè)知識。經(jīng)濟效益方面。如虛擬育種、虛擬施肥、虛擬剪枝等，從而節(jié)約大量人力、物力。
虛擬農(nóng)業(yè)的技術支撐體系 虛擬農(nóng)業(yè)的技術支撐體系包括計算機應用技術、網(wǎng)絡及基礎設施、虛擬現(xiàn)實與可視化技術、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。
計算機應用技術指將計算機應用于農(nóng)業(yè)各領域的技術。涉及到計算機信息處置、計算機自動控制系統(tǒng)和人工智能等應用技術。計算機應用技術。這里。使種植業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、林業(yè)的各種過程(生物的環(huán)境的經(jīng)濟的全面實現(xiàn)數(shù)字化。農(nóng)作物與環(huán)境之間的關系是可計算的虛擬農(nóng)業(yè)的基礎。
可保證虛擬農(nóng)業(yè)環(huán)境下各種信息高速的準確傳輸。網(wǎng)絡及基礎設施。網(wǎng)絡及基礎設施指高速Internet和相應的支撐環(huán)境。
將復雜的科學現(xiàn)象和自然景觀等圖形化。構成一個可感知的計算機環(huán)境，虛擬現(xiàn)實與可視化技術?？梢暬夹g主要是運用計算機圖形圖像處置技術。以便于理解現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律和傳播知識。虛擬現(xiàn)實技術是一種由計算機生成的高級人機交互系統(tǒng)。實現(xiàn)觀測、觸摸、檢測等模擬實驗，從而達到身臨其境之感。虛擬農(nóng)業(yè)正是用可視化技術和虛擬現(xiàn)實技術對農(nóng)業(yè)進行模擬、傳真，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化。
利用這些數(shù)據(jù)庫和虛擬植物生長的雙尺度自動機模型、L系統(tǒng)模型等定量化研究作物的根、莖、葉和虛擬環(huán)境(光、溫、水)及人類行為(施肥、灌溉等)相互作用。實現(xiàn)對虛擬作物的生長調(diào)控。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)作物生長模型數(shù)據(jù)庫、農(nóng)作物生長構形規(guī)律庫、農(nóng)作物器官構件庫等。這些數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)虛擬農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)基礎。從而建立專家系統(tǒng)、模型。
這些技術的支撐是實現(xiàn)虛擬農(nóng)業(yè)的重要基礎。這就要求在農(nóng)業(yè)的各方面(包括種植業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、林業(yè))各種過程(生物的環(huán)境的經(jīng)濟的全面實現(xiàn)數(shù)字化。各種農(nóng)業(yè)過程都要應用二進制的數(shù)字及數(shù)學模型加以表達；數(shù)字農(nóng)業(yè)”要求各種農(nóng)業(yè)信息技術最廣泛地應用于農(nóng)業(yè)， 因此。也就是說。農(nóng)業(yè)的各個部門全面實現(xiàn)數(shù)字化與網(wǎng)絡化管理。所以，很多專家都認為一“數(shù)字農(nóng)業(yè)”建立是實現(xiàn)“虛擬農(nóng)業(yè)”重要前提。
因工作環(huán)境的復雜化。為此需在機械設計時利用虛擬農(nóng)業(yè)技術對機械運動方案及各類傳動機械進行加工前的計算機模擬仿真，農(nóng)機設計與制造中的應用科技的發(fā)展對農(nóng)機系統(tǒng)的設計與開發(fā)技術要求越來越高。系統(tǒng)建立前很難對其做出恰當?shù)氖虑霸u估。并對其整個過程加以綜合分析。應用虛擬農(nóng)業(yè)技術模仿機械的運動，并通過組合給原動件加以動力，再賦予各個零件以不同的材質(zhì)參數(shù)，則整個機構就可按預定的方式運動，各點的動力學參數(shù)及運動學參數(shù)就可通過計算機自動生成。該技術將人和計算機以一種直覺而自然的方式加以統(tǒng)一，極大提高了人們工作效率和設計勝利率，特別是對于復雜的大型收獲機械來說，這種虛擬仿真技術不但可在機構運動學上加以仿真，還可通過有限元分析、優(yōu)化設計等方法對機構的動力學加以分析、仿真，從而對各構件參數(shù)進行優(yōu)化。
無論采用何種修剪方法。即時模擬的優(yōu)點使先進的果樹修剪技術“現(xiàn)身說法”使科技推廣工作更有說服力。模擬訓練中，農(nóng)技推廣中的應用 虛擬果樹修剪系統(tǒng)”果樹修剪知識和信息技術的集成和虛擬果樹修剪仿真培訓系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中。系統(tǒng)都會將修剪后果迅速、直觀地呈現(xiàn)于人們眼前。果農(nóng)通過對比和直觀的演示，可清楚地了解各種修剪方法的錯與對；可在不給果園帶來任何損失的前提下，反復試驗各種修剪手法，從而在較短的時間里基本掌握果樹的修剪技法，迅速提高自身修剪技術水平。經(jīng)過這種模擬修剪訓練后，果農(nóng)在實際生產(chǎn)中能熟練應用正確的修剪技術，最終獲得良好的經(jīng)濟效益。
隨著計算機的普及。從任意角度甚至在作物冠層內(nèi)漫游，不久的將來?？衫锰摂M植物模型建立虛擬農(nóng)場。使農(nóng)民在計算機上種植虛擬作物并進行虛擬農(nóng)田管理。觀察作物生長狀況的動態(tài)過程，并可通過改變環(huán)境條件和栽培措施，觀察作物生長的狀況，這樣可取得激進方式無法企及的效果。如，研究病害、害蟲的不同位置與不同施藥方法的效果相較，可得出最有效的施藥方法。特別是農(nóng)業(yè)科技效果的推廣，可使農(nóng)民更易理解和掌握先進的農(nóng)田管理技術，從而提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。
大田里選擇育種；現(xiàn)在育種工作。然后通過大田實驗來檢驗。如利用虛擬農(nóng)業(yè)技術來模擬育種，作物育種中的應用 早期的育種工作。實驗室里利用生物技術培育新品種。將在計算機上育出新品種。
秸稈的高度、穗長、每株穗數(shù)、千粒重、每畝株數(shù)等之間的關系(即株型)對作物的產(chǎn)量、品質(zhì)等影響很大。可從已知的品種動身。建立合適的數(shù)學模型。按最佳株型確定育種方向，高產(chǎn)農(nóng)作物有一定合理的株型。以小麥為例。尋找它與產(chǎn)量、品質(zhì)問的關系。可節(jié)約大量時間，減少不必要的資金浪費，從而提高育種效率。
不但可了解動物生長全過程中鮮、干各種物質(zhì)積累的形狀。激進的畜牧醫(yī)學做實驗往往要觀察測試動物的生育期，農(nóng)業(yè)職業(yè)實驗教學中的應用學生利用虛擬動物進行實驗。還可從不同視角了解動物的逼真形態(tài)。臨時以來。時間上需很多年，這對于農(nóng)業(yè)職業(yè)學校的學生是不可能做到若采用虛擬現(xiàn)實技術，計算機的支持下，一次模擬實驗只需幾分鐘即可得到實驗結(jié)果。
學生可在電腦屏幕上設計農(nóng)作物。使農(nóng)作物新品種具有虛擬植物的理想性狀。利用虛擬植物技術做實驗， 利用虛擬植物技術做實驗。然后再進行實際培育或用基因工程技術繁殖出真實的農(nóng)作物。學生還可在計算機顯示器上觀看果樹發(fā)芽、生長、抽枝、展葉、開花、結(jié)果和果實成長，這樣，一整年的生長周期將被縮至不到一分鐘的時間。
使用虛擬農(nóng)業(yè)儀器不但可節(jié)約大量儀器設備的經(jīng)費投入。從而提高實驗教學質(zhì)量。 還能解決農(nóng)業(yè)職業(yè)院校普遍存在實驗設備缺乏、型號落后、難以更新?lián)Q代、跟不上科技發(fā)展的問題。;
對探索、發(fā)展現(xiàn)代教育思想。改善實驗環(huán)境，虛擬實驗領域的技術潛力巨大。虛擬現(xiàn)實技術取得長足進展將對激進實驗教學。提高實驗技術水平。培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才發(fā)生深遠影響，并有助于解決不可視、不可摸、不可入的實驗等問題。
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