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技术创新《微计算机信息》2012年第28卷第10期120元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》博士论坛基于虚拟现实技术的虚拟农场的研究和实现Research and Implementation of Virtual Farm Based on Virtual Technology(南京农业大学工学院)李东阳LI Dong-yang摘要:本系统基于虚拟现实在农业方面的应用,在VC++6.0的软件平台、在Win32框架下,使用C 语言和行业领域中最为广泛接纳的2D/3D 图形API---OpenGL,创建一个以真实农场为模板的虚拟农场,通过DirectInput 接口实现逻辑方向盘与计算机的交互性,并通过Socket 编程使系统具有网络传输信息的功能,从而实现相应的远程控制,和现实的农场进行交互。
实验系统成功创建了一个三维果园、仓房场景、漫游小车及附属设施,可以根据应用的侧重不同进行改善,从而实现虚拟现实技术在农业方面的相应应用。
关键字:虚拟现实;OpenGL;虚拟农场;交互性;网络通信中图分类号:TP311文献标识码:AAbstract:A system that a virtual farm based on virtual reality technology is created using C language and OpenGL-most widely ac -cepted 2D/3D API,in VC++6.0platform and Win32framework ,is introduced in this paper.This system realizes the interaction be -tween computer and logic steering wheel through the DirectInput interfaces,and it has the function of the transmission of information online to communicate with the reality farm so as to achieve remote control,with the method of Socket programming.This trail sys -tem consists of a 3D orchard,warehouse,a small card wandering in the farm and so on,and it can be improved according to differ -ent application to realize all kind of application in agriculture based on virtual reality technology.Key Words:Virtual reality;OpenGL;Virtual farm;Interactivity;Network communication文章编号:1008-0570(2012)10-0010-021引文虚拟现实(VR)技术最早在20世纪中期由美国VPL 探索公司和它的创始人Jamn IJaIlier 提出这一概念,后来美国宇航局(NASA)的艾姆斯空间中心利用流行的液晶显示电视和其它设备,开始研制低成本的虚拟现实系统,推动了该技术硬件的进步。
浅谈信息技术在农业中的应用在当今社会，信息技术的迅猛发展已经深刻地改变了各个领域的生产方式和生活方式，农业也不例外。
信息技术在农业中的广泛应用，为农业的现代化发展带来了前所未有的机遇和挑战。
信息技术在农业生产中的应用首先体现在精准农业方面。
通过全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感技术（RS）等的综合运用，农民能够对农田进行精确的测量和分析。
例如，利用 GPS 可以准确地确定农田中每一个点的位置，GIS 则能够将这些位置信息与土壤肥力、水分含量、作物生长状况等数据进行整合和分析，而 RS 则可以从空中获取大面积的农田图像，为农业生产提供宏观的信息支持。
基于这些精确的信息，农民可以有针对性地进行施肥、浇水、播种和病虫害防治等作业，避免了资源的浪费和过度使用，提高了农业生产的效率和质量。
农业物联网技术也是信息技术在农业中的重要应用。
在农田中布置各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，可以实时监测农田的环境参数。
这些传感器将采集到的数据传输到中央控制系统，农民通过手机或电脑就能够随时随地了解农田的状况。
当环境参数超出预设的范围时，系统还可以自动启动灌溉、通风等设备，实现对农田环境的智能化调控。
此外，物联网技术还可以应用于农产品的仓储和运输环节，通过在仓库和运输车辆中安装传感器，实时监测农产品的温度、湿度和气体浓度等，确保农产品在储存和运输过程中的质量安全。
农业信息化管理系统为农业生产的科学决策提供了有力支持。
这些系统可以整合农业生产中的各种数据，包括土地信息、气象数据、市场行情、农业技术等，并通过数据分析和模型预测，为农民提供种植品种选择、种植时间安排、农产品销售等方面的建议。
例如，根据历史气象数据和市场需求预测，系统可以建议农民提前调整种植结构，种植更适合当年气候条件和市场需求的作物，从而降低农业生产的风险，提高经济效益。
信息技术在农业中的应用还促进了农业电子商务的发展。
农民可以通过网络平台直接将农产品销售给消费者，减少了中间环节，提高了销售利润。
11科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信 息 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2020.04.011一种基于虚拟仿真的智慧农业系统方案设计及实现①栾岚(贵州商学院 贵州贵阳 550061)摘 要：随着人工智能、云计算、物联网技术在各行各业中的渗透应用，传统依赖于人工经验的劳作模式已然不能跟上现代社会科技的发展。
该文介绍了一种在虚拟仿真平台上的智慧农业系统的设计方案及实现，通过仿真测试该方案利用Zigbee实现了对农业作业中的相关实时数据的监测，运行稳定，数据准确，可以实现对智慧农业园的环境监测及联动相应的环境操作。
关键词：Zigbee 虚拟仿真 Socket通信 联动中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-3791(2020)02(a)-0011-02中华民族自古以来就是农业大国，几千年来传统农业劳作都是凭借经验对农作物进行施肥灌溉，缺乏有效的技术手段采集农作物生长环境参数，这其中不仅对人力、物力、时间造成浪费，甚至还会对自然环境资源的可持续性发展带来不良影响。
2018年中央一号文件《关于实施乡村振兴战略的意见》也提到了要提高农业质量效益和竞争力。
农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题。
没有农业农村的现代化，就没有国家的现代化[1]。
该文针对上述问题，在虚拟仿真实验平台上利用实时、动态、高效的通信方式采集环境数据，如空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤温湿度等若干环境参数的实时监测；实现对农业大棚的喷淋设备、通风设备、照明设备等进行可视化的远程控制实现，能够通过控制系统启动相关环境操作或者智能联动环境操作以及多样化的报警方式。
如果能够得到更为精准的、专业的、科学的且能够有效促进农作物生长所需的相关环境参数，该系统能够达到更好地应用推广及使用价值。
1 系统方案为了得到精确、实时的相关环境监测数据，在该方案中采用何种方式进行通信是需要首先解决的问题之一。
农业地理集聚与虚拟集聚的融合机理农业地理集聚是指农业生产中农业要素在特定地理区域内的集中分布。
农业地理集聚的形成与自然环境、人文因素以及市场需求等多种因素相关。
自然环境包括气候、土壤、水资源等，它们对农作物的生长和发展起着决定性的作用。
人文因素包括农业技术、农民素质、社会经济发展水平等，它们决定了农业生产的规模和效率。
市场需求是农业集聚的重要推动力，市场需求的变化会引发农业要素的重新配置和集聚。
虚拟集聚是指通过信息技术手段将分散的农业要素进行有效整合和组织，形成虚拟的农业生产网络。
虚拟集聚通过信息化手段实现了农业生产要素的高效配置和农业生产过程的精细管理。
农业虚拟集聚的核心是信息技术的应用，包括云计算、物联网、大数据等，它们为农业生产提供了数据支撑和决策依据，提高了农业生产的效率和质量。
农业地理集聚和虚拟集聚的融合机理是指将农业地理集聚和虚拟集聚相互融合，形成新的农业生产模式。
农业地理集聚提供了实体基础，包括土地、设施、农民等，而虚拟集聚则提供了信息基础，包括数据、网络、智能设备等。
通过将物质基础与信息基础相结合，可以实现农业生产的精细化管理和智能化决策，提高农业生产的效益和可持续发展能力。
农业地理集聚与虚拟集聚的融合机理主要体现在三个方面。
首先，通过信息技术手段实现农业地理集聚的精细管理。
例如，利用大数据分析和预测技术，可以对土壤养分、水资源、气候等进行实时监测和优化调控，提高农作物的生长质量和产量。
其次，通过虚拟集聚实现农业地理集聚要素的高效配置。
例如，通过云计算和物联网技术，可以将农业设施、农机具、农产品等进行信息化管理和调度，提高资源利用效率和农业生产效益。
最后，通过虚拟集聚实现农业地理集聚的规模扩大。
例如，通过电子商务平台，可以将农产品销售范围扩大到全国甚至全球，提高农民的收入和市场竞争力。
农业地理集聚与虚拟集聚的融合对农业发展具有重要影响。
首先，可以提高农业生产的效率和质量。
通过信息技术手段实现农业地理集聚的精细管理，可以减少资源浪费和环境污染，提高农产品的品质和安全性。
２００６年７月 农机化研究 第７期 采用无线网建立农业虚拟现实技术的研究 张杜娟 ，杨安祺 ，单振芳 （１．陕西科技大学计算机与信息工程学院，陕西咸阳 ７１２０８１；２．石家庄邮电职业技术学院，石家庄０５００２１） 摘 要：数字化农业是农业生产一个很重要的研究领域。为此．从数字化农业基本需求出发，探讨了农田 信息发展的未来趋势。同时，提出了在无线网平台下，将无线网技术与农业虚拟现实技术相结合，构建各 类虚拟农业专家系统，直接服务于农业的构想，为农业现代化提供参考。 关键词：农业科学；农业虚拟现实技术；综述；虚拟农业专家系统；数字化农业；无线网技术 中图分类号：Ｓ一０３；ＴＰ３９３．１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２００６）０７－－００１９—０３
０ 引言 数字化农业的一个很重要的研究领域，即农业 虚拟现实技术，或者称为虚拟农业技术。农业虚拟 现实技术的研究，不同于传统的农业研究方法，可 以在无线网的环境下，将农业科学和信息技术相结 合，开辟农业信息技术研究和应用的新途径。基于 无线网的农业虚拟现实技术研究成果，可直接地服 务于农业、直接地以各类虚拟农业专家系统为技术 支持，为农业科学养殖、科学种植等领域提供最直 接的技术指导信息。如果当某果园发生一种病虫害 时，果园工作人员可通过无线网，立即获得虚拟果 园专家系统提供的这种病虫害的危害和防治的全部 信息，从而有针对性地采取防治措施，使病虫害的 危害性降到最低水平。 中采用的ＯＦＤＭ可以在５ＧＨｚ频段提供５４Ｍｂｐｓ传输速 率。这两种协议存在的缺点：在２．４ＧＨｚ频段速率慢、 在５ＧＨｚ频段技术要求高。而８０２．１１ｇ协议，可在 ２．４ＧＨｚ频段拥有高达５４Ｍｂｐｓ的传输速度，向下兼 容８０２．１１ｂ；在安全性和传输速度上，８０２．１１ｇ具有 优越性，其覆盖距离室内可达３００ｍ，加装全向或定 向天线，室外可达２０ｋｍ以上。因此，在本项研究中， 采用８０２．１１ｇ作为农业大田的无线网标准。 无线局域网由无线网卡、无线接入点（ＡＰ）、计 算机和有关设备组成。可采用单元结构，将整个系 统划分成许多单元，每个单元称为一个基本服务组 ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）。ＢＳＳ的组成有３种方式： 一是集中控制方式；二是分布对等式；三是集中控 制式与分布对等式相结合方式。上述３种方式均适 用于农业大田组网。
虚拟农业技术及其应用作者：李敏郭小粉王应君陈新林李磊陈伟来源：《农学学报》2014年第11期摘要：虚拟农业技术是一个新的研究方向，是虚拟现实技术与农业科学相结合的产物，开辟了农业技术研究的新途径。
它将改变传统的农业生产、科研及教学方式，其发展前景将会带来巨大的经济效益。
通过对虚拟农业技术的概述，深入探讨了虚拟农业技术的应用范围，并对虚拟农业的发展方向进行展望。
关键词：虚拟农业；农业技术；虚拟现实；虚拟实验；农作物中图分类号：S-3 文献标志码：B 论文编号：2014-0713Virtual Agriculture Technology and Its ApplicationLi Min， Guo Xiaofen， Wang Yingjun， Chen Xinlin， Li Lei， Chen Wei（Henan Vocational College of Agriculture， Zhengzhou 451450， Henan， China）Abstract： Virtual agriculture technology is a new research direction， is a virtual reality technology and the combination of the agricultural science， it opens a new way of agricultural technology research. It will change the traditional mode of agricultural production， scientific research and teaching， its prospects for development will bring huge economic benefits. Through the overview of virtual agriculture technology， the application range of the virtual agriculture technology was discussed， and the paper pointed out the development direction of virtual agriculture.Key words： Virtual Agriculture； Agricultural Technology； Virtual Reality； Virtual Experiment； Crops0 引言虚拟农业是由虚拟现实延伸而来的，虚拟农业技术是农业现代化的发展趋势与客观要求，是计算机技术在农业领域应用的更高境界。
在计算机辅助下，将现代化信息技术与农业科学相结合，开辟了农业技术研究的新途径，是虚拟技术研究的一个重要领域。
随着农业问题研究的进展与虚拟现实技术的广泛兴起，虚拟农业技术的应用已成为现代化农业信息的重要手段，也是提高农业资源管理和农业生产力水平的最有效工具。
作为农业大国，虚拟农业技术的应用与研究具有重大的意义，它将极大地推动着中国的农业生产、新产品研发、病虫害研究以及农业科研、教学等领域。
1 虚拟农业技术概念1.1 虚拟现实1989年美国的nier最早提出虚拟现实技术（Virtual Reality，缩写为VR）又称灵境技术或幻境技术。
是一种高新的人—机界面形式。
它依托于数学﹑计算机科学﹑机械学、声学、力学、生物学﹑光学乃至社会科学和美学等多种学科，在计算机图形学﹑智能接口技术﹑图像处理与模式识别、多传感技术、人工智能技术、网络技术、语音处理与音响技术、高性能计算机系统和并行处理技术等基础上迅速发展起来的信息技术[1]。
目前，该应用已涉及教育培训、科研、军事、工程设计、影视、医学、商业等众多领域，是专家学者们公认的能促使21世纪社会发展巨大变化的几大技术之一[2]。
在期刊《国际虚拟现实》上，虚拟现实的含义为：使人可以操纵其内的物体，犹如身临其境，它是一个虚拟世界的计算机系统[3]。
1.2 虚拟农业的概念虚拟农业（Virtual Agriculture）是从虚拟现实、虚拟植物建立，用虚拟现实技术与可视化技术模拟植物，在计算机上土壤物质的吸附，迁移，排放的成长过程中表达的遗传物质异化、同化的计算机虚拟现实，采取人为干预，对这些过程中各种应激作用条件下的研究[4]。
具有交互操作、易现实的特点，它是农业信息化重要研究领域之一。
1.3 虚拟农业的优势虚拟农业的优势主要体现在3个方面：一是模拟农药从喷雾器中喷出后的空间运行轨迹以确定农药的最佳喷施方法；二是判别植物群体精确定量化研究利于计算植物群体空间中光通量精确值；三是通过改变植物形状与叶子形态让害虫无处藏身、觅食，以此减少害虫侵害从中找到最佳栽培方式。
虚拟农业技术甚至能直观地研究复杂的生态系统，如农田、森林等，从中发现难以观察到的规律。
结合生物学技术，为植物基因改良以及植物株型设计提供依据，加强人们对植物生命和植物生理的了解。
1.4 虚拟农业的意义虚拟农业由于虚拟对象不同，与之相对应的系统也不同。
但都涉及虚拟对象，虚拟环境，认知水平以及相互间的作用关系等，是农业知识与现代化信息技术的综合体现。
尽管虚拟农业的过程非常复杂，但它彻底改变了传统的教学方式和科研方法，为发展农业带来了巨大的经济效益。
虚拟农业改变了中国乃至全世界几千年凭传统经验的种植模式，它是一个定量化的研究过程。
它不仅可以模拟作物满足最大经济效益产量时的株型，为作物育种工作指明方向。
还可以最大程度缩短育种年限，能在几秒钟内完成模拟作物生长的全过程。
虚拟农业可以模拟不同作物和同种作物之间的间作、连作、套作等相互作用、交互影响，为作物合理耕种、合理搭配提供理想的规划。
虚拟农业的模拟使课堂学习形式更形象化、直观化。
从而使学生们以及各位学者更好的掌握、理解现代农业知识。
经济效益方面，虚拟农业替代了现实生活中难以实现的费力、费时的试验。
在过去的几十年里，虚拟植物的研究与应用已经有了长足发展并取得了相当大的成就。
新西兰Holt开发出虚拟几维果树系统，能几秒钟摸拟出植物的发芽﹑生长﹑抽枝﹑展叶﹑开花﹑结果﹑果实成长等整个生长周期，不用费长时间实地种植即可观察分析。
还可以计算出虫咬叶片后所向果实输送糖量受到的影响。
在农业科技推广和教育教学领域，与其他智能化农业软件系统相结合，可建立虚拟农场，可直观生动的对农田﹑森林等复杂的生态系统研究，从而探索科学规律和奥秘。
还可以通过改变环境条件和栽培方式，观测植物生长过程及最终结果[5]。
从而节约大量的物力，人力。
近年来，虚拟现实技术在农业领域的研究越来越重要。
从虚拟植物，虚拟环境的探索和研究可以看出，虚拟现实技术将被广泛应用于农业领域，并带来新的理念和技术，为农业生产和农业科学的发展提供新途径。
2 虚拟农业技术的应用2.1 虚拟实验虚拟实验是指借助于虚拟现实、多媒体与平台仿真等技术，在计算机上营造部分替代、可辅助的，甚至是全部替代的传统实验，以及其各种操作环节相关的软件与硬件操作环境，使实验人员犹如在真实环境中一样实验各种项目，将得到的实验效果完全等价甚至是优越于真实环境中所取得的效果[6]。
虚拟实验注重的是实验过程的交互与实验结果的真实性，它建立在虚拟实验平台之上，开展虚拟实验教学不仅能够突破传统实验的“时、空”限制，而且能有效缓解大部分高校普遍面临的实验器材陈旧、型号落后、设备不足等方面的困难和压力。
从而使老师和学生们随时随地通过键盘鼠标进入虚拟实验室，进行各种实验，操作各种仪器，以此提高实验教学质量[7]。
2.2 虚拟育种要想获得高产的农作物，必须具有合理的株型。
早期的育种工作，技术人员都是选择在大田中完成的。
而现在的育种工作，是利用虚拟农业技术结合生物技术在实验室里模拟育种的，并且还可以培育出新品种，最后通过大田实验做检验。
以玉米为例，株型对作物的品质、产量等影响很大。
从已知的品种出发，找出它们与品质、产量等关系，构建合理的数学模型。
如每亩株数、每株穗数、秸秆的高度、穗长等，按照最佳株型，不仅可以确定育种方向，而且还可以减少资金浪费，节约大量的时间，从而提高育种效率[8]。
2.3 虚拟温室随着科学技术的发展，虚拟温室的开发与研究应运而生。
虚拟温室是将模型、数据、材料、高级算法与物理属性整合而成的研究平台。
它是将环境学与物理学相结合，进行研究温室对外界环境的各种反应，并且能够显示、观察与打印其结果[9]。
虚拟温室与虚拟飞行器、虚拟驾驶器等相类似，其科研的意义及价值不言而喻。
温室的智能化与动态研究及虚拟植物的自适应研究，都可以应用虚拟温室完成。
即真实的温室由虚拟温室来再现。
需要研究的内容非常丰富，实验教学也能从虚拟环境中获益。
使用户通过改变虚拟环境规则，在各种“环境”中进行实验和学习。
虚拟温室作为综合的实验平台，可以研究和试验温室特性及规律。
其优势在于为实际生产提供一种交互的、可靠的、可重复操作的参考平台，从而为生产决策服务。
2.4 虚拟农场用计算机技术来模拟农作物生长，被知名人士称作虚拟农场。
在计算机屏幕上，进行三维模拟植物的构造与生长，不仅能显示出作物所具有的性状，还可以改变作物的栽培方式。
从而直接观看玉米发芽、生长、抽枝、展叶、开花、结果等整个生长周期，无需长时间实地种植就可以观测分析。
作物的生长过程可以分解成这些重复部件生长过程的总和。
在教育、教学及农业科技推广领域，用虚拟植物构建虚拟农场，让学者们在计算机屏幕上直接观测作物的整个生长周期与最终结果。
如虚拟种植作物，虚拟田间管理等，从而使学者们快速地掌握农田管理技术。
2.5 虚拟果树修剪虚拟果树修剪技术为广大学者掌握先进的修剪技术提供了一种新途径。
它是模拟果树管理措施中的重要技术[10]。
对调控果品产量以及提高果品质量有非常重要的作用。
然而，在技术推广和实际生产中存在两大难题：一是果树修剪技术人员相对短缺；二是普及修剪技术有一定难度。
再加上错误的修剪具有不可逆性，总是带来不可弥补的损失。
以至于严重影响到果业的可持续发展。
因此，普及和推广果树修剪技术是至关重要的工作。
2.6 虚拟立体农业虚拟立体农业主要是摸拟光资源作物间的套作管理。
一方面，在光资源模拟中，叶片分布状态对光辐射产生影响，在蒸腾作用与光合功能的共同作用下会产生变异；另一方面，光合产物的分配与生产也决定了各部分的生长速度，以及植株下一时段的形态结构[11]。
因此，利用计算机图形学建立植物三维模型，模拟光线在植物冠层内反射、传输及透射等，并参照光资源量就能精确计算出每一叶片的光截获值，从而实现对立体农业管理。
2.7 虚拟都市农业简言之，都市农业是把农业的生活、生产、生态等结合为一体的产业。
