1、毱匀焀眀愀瀀搀栀琀洀氀謀蘝怃灗丁5ewap前台访问/BookRead.aspx?id=370177220.181.108.1690攀瀀栀琀洀氀贀蘝丁5Qkwap前台访问/d-433935.html116.179.32.220圠椀瀀栀琀洀氀輀蘝鴁丁/Mg前台访问/d-1880215.html40.77.167.1490攀瀀栀琀洀氀鄀蘝怃丁5ewap前台访问/BookRead.aspx?id=545272111.206.198.1250勈廬椀瀀栀琀洀氀錀蘝丁/Mi前台访问/p-2908846.html220.181.108.900沢攀脀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀销蘝丁/Ke前台访问/p-44
2、8897.html121.58.77.1920勈槝眀鄀挀栀琀洀氀需蘝丁5Sowap前台访问/d-1491861.html220.181.108.940毱攀瀀栀琀洀氀餀蘝舃鶲丁/w前台访问/c-00001-10-38112-0-0-0-0-9-0-1.html40.77.167.1490最瀀栀琀洀氀鬀蘝丁/Ke前台访问/p-448895.html121.58.77.1920毱攀瀀栀琀洀氀鴀蘝丁/Kg前台访问/d-865888.html216.244.66.2000掠焺最瀀栀琀洀氀鼀蘝耓丁/Ke前台访问/p-448933.html121.58.77.1920鲲最瀀栀琀洀氀蘝丁5ewap前台访问/B
3、ookRead.aspx?id=545272116.179.32.700儀漀眀愀瀀搀栀琀洀氀蘝丁5Smwap前台访问/d-2571137.html116.179.32.850攀瀀栀琀洀氀蘝丁5Sowap前台访问/p-2865594.html116.179.32.2420勈劰妆椀搀栀琀洀氀蘝丁/Mi前台访问/p-2213963.html185.191.171.440毱攀瀀栀琀洀氀蘝丁/Ke前台访问/p-448931.html121.58.77.1920埿最蔀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀蘝尀丁/Ke前台访问/p-448930.html121.58.77.1920彟最茀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀
4、砀椀搀蘝尀丁/Kg前台访问/p-764247.html220.181.108.950毱最瀀栀琀洀氀蘝蠀丁/Ke前台访问/p-448929.html121.58.77.1920毱椀瀀栀琀洀氀蘝丁/Mi前台访问/d-2030884.html185.191.171.420攀瀀栀琀洀氀蘝丁/Ke前台访问/p-568865.html40.77.167.1890彟最脀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀蘝丁/Mg前台访问/p-2927064.html116.179.32.180彟最蔀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀蘝丁/Ke前台访问/d-158041.html185.191.171.80匀漀眀愀瀀搀栀琀洀氀蘝
5、丁/Ke前台访问/p-448927.html121.58.77.1920椀搀栀琀洀氀蘝搓丁癒/Mi前台访问/d-1767676.html116.179.32.1010椀瀀栀琀洀氀蘝搀丁/Mi前台访问/p-2902199.html220.181.108.830攀瀀栀琀洀氀蘝丁/Ke前台访问/p-448925.html121.58.77.1920欀搀栀琀洀氀蘝鯓丁5wap前台访问/free-00002.html?page=154&tc=156255203.208.60.880勈犰犈攀瀀栀琀洀氀蘝丁/Mg前台访问/sitemap-6.html49.235.122.500勈犰犈攀瀀栀琀洀氀蘝怃丁5gw
6、ap前台访问/BookRead.aspx?id=2878574220.181.108.1160攀瀀栀琀洀氀蘝鯓氐丁/前台访问/tag/mouchexingfadongjizhengshixitonggoosezaoshengfenxiyugaijin.html207.46.13.1640勈疶最搀栀琀洀氀蘝氀丁5Sowap前台访问/p-2916146.html116.179.32.2080勈犰犈攀瀀栀琀洀氀蘝怃顗丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2916146111.206.198.400攀瀀栀琀洀氀蘝丁5Smwap前台访问/p-2470146.html116.179.32
7、.250攀瀀栀琀洀氀蘝丁/Ic前台访问/d-33743.html203.208.60.730婐最搀栀琀洀氀目录摘要1 文献综述1.1 国内研究现状1.1.1 虚拟农业技术的国内研究概况1.1.2 虚拟植物的国内研究现状1.2 国外研究现状1.2.1 虚拟农业技术的国外研究概况1.2.2 虚拟植物的国外研究概况1.3 研究目的与意义2 技术路线与关键技术2.1 技术路线2.1 关键技术方法2.1.1 小麦植株点云数据预处理2.1.2 虚拟场景的可视化处理3 面向沉浸感的小麦三维形态可视化系统设计3.1系统设计原则3.2 系统结构设计3.2.1 小麦植株生育期的点云重构3.2.1.1 小麦植株苗期
8、的点云重构3.2.1.2 小麦植株冬前分蘖期的点云重构3.2.1.3 小麦植株越冬期的点云重构3.2.1.4 小麦植株返青拔节期点云重构3.2.2 小麦生长场景三维点云模型重构3.2.2.1 地面三维激光扫描点云数据3.2.2.2 生长场景的模型重构方法3.2.2.3 构建模型3.2.3 基于HTCvive设备的沉浸与人机交互处理3.2.3.1 沉浸式环境下的处理3.2.3.2 交互设计的实现3.2.3.3 小麦生长场景的漫游3.2.3.3 VR场景渲染技术3.3 系统功能设计4 面向沉浸感的小麦三维形态可视化系统开发与实现4.1 系统开发环境与工具4.2 系统实现及效果4.2.1 场景实现4
9、.2.2 交互模块的实现4.2.3 系统测试与优化5 总结与展望5.1 总结5.2 展望参考文献III摘要当前，针对VR技术和农业信息化的研究有以下三种热门话题：小麦可视化三维形状重构、人机交互以及沉浸式虚拟场景构建。VR头显能呈现出极高的图像质量、场景逼真性和身体感知的交互作用，这些都是沉浸感的构成要素。当前，以往的虚拟现实技术营造的沉浸感效果不佳，设备无法带来真实感，模型重构技术还需优化，三维可视化技术还有很大提升空间。以规则和图像为基础的操作有很高的技术要求，模型达不到逼真效果，无法适应渲染大场景和高精度表现图的需要。为了解决上述问题，利用三维点云数据重构不同品种、不同栽培措施的小麦植株
10、及其生长场景模型，有助于对三维形态可视化的渲染效果进行优化。以模型重构、虚拟场景构建、沉浸式交互设计为基础，本文通过研究分析，构建了虚拟现实系统的仿真模拟平台。综上所述，本文的主要的研究内容如下：（1）构建小麦植株的点云重构。针对获取小麦苗期点云数据存在大量噪音；小麦分蘖期点云数据中包含大量的冗余数据；小麦拔节期数据存在一些离群点云数据和点云数据的不均匀表面将影响后续模型重构优化结果。通过使用点云数据去噪、精简、平滑数据表面等重建方法，以实现较高质量的重建，获得更真实的可视化效果。（2）设计生长期场景的点云重构。由于扫描获得的小麦生长场景是大面积、高密度的点云数据，针对数据量非常庞大，数据存在
11、偏差，同时没有经过点云注册处理，这会对后期几何造型的处理产生不利影响。因此需要减少点云数据的误差拼接，选择合适的点云数据质量建模。实现了从数据采集、数据处理、数据建模以及后期渲染输出全过程，最后以河南省长葛县农技推广区域站为例，构建了小麦生长场景的三维模型。（3）基于HTCvive设备的沉浸式虚拟场景。本文从小麦生长场景沉浸体验方式、小麦植株的展示手段、沉浸感式体验等方面,因为设备类型的不同和体验方式各有差异，虚拟现实漫游将HTC VR设备与unity开发结合使用，虚拟现实摄像机通过STEAM SDK开发。结合最新的自然人机交互技术，利用HTCvive头盔和手柄，驱动虚拟漫游动作，完成交互功能
12、。建设虚拟场景能使系统虚拟现实内容提供更逼真的沉浸式体验，它是一种有效提升的途径。（4）设计实现基于Unity 3D的小麦三维形态可视化系统。通过在Unity 3D系统中对HTCvive方法的调用，利用Unity 3D引擎对实现UI场景加载、VR渲染技术的优化，通过小麦生长模型与物联网数据融合，实现了栽培知识的触发交互功能和场景的动态加载。关键词：小麦植株；点云数据；三维重构；沉浸式虚拟场景；可视化系统；511 文献综述1.1 国内研究现状1.1.1 虚拟农业技术的国内研究概况虚拟农业源于虚拟现实。为顺应农业现代化的发展要求，必须大力研发虚拟农业技术，这对计算机技术而言，是一次技术上的转型和革
13、新。以计算机辅助技术为基础，通过运用现代农业科学和信息技术，从新的角度研究农业技术，这是虚拟化技术的关键所在。农业和VR技术发展迅猛，因此，对于农业信息现代化而言，虚拟农业技术日益显现出其重要性，当然，这对农业资源管理水平和农业生产力水平会有巨大的提升作用。农业在我国占有十分重要的地位，因此，研发虚拟农业技术就显得很有意义。通过对虚拟农业技术的创新，会有助于我国的农业生产、新产品开发、病虫害研究和农业科研教学的快速发展。虚拟农业技术的应用包括虚拟实验，虚拟育种，虚拟温室，虚拟农场，虚拟立体农业，虚拟教学和农业科技推广等2。虚拟农场是基于计算机技术，设计逼真的农作物生长空间。用计算机设计出植物生
14、长的三维模型，在实现作物的性状的清晰描绘的同时，丰富种植方式的多样性。在我国，香港中文大学开发的一款带有教育意义的游戏，取名为“农场狂想曲”，这是以动机理论和任务驱动经验为基础的研究策略，提高农民对于植物育种和农场管理的知识水平。当前在国内，胡林等人深入研究了虚拟农业教育仿真平台，开发了虚拟农业教育模拟软件，将农业知识模型和知识库作为软件设计的内容之一，通过三维可视化技术以建设农业虚拟环境。此外，张杜鹃、杨安祺等人通过运用无线网络技术和虚拟现实技术，以期达到提升农业生产效率的研究，是一次很有意义的尝试，并对发达国家的现代农业温室气体技术指标进行了深入探讨。近年来，许多研究者发起了一项针对特定作
15、物品种的虚拟可视化技术的研究6。在基于虚拟作物研究的作物生产系统中，虚拟作物主要利用高效的数据采集系统来监测农业环境因子变化量化作用规律的生长发育、作物形态环境问题及相应的作物7。虚拟作物理想的作物模型系统，对探索作物，优化生长控制措施，建设园林设计和植物形态及虚拟实验教学非常有价值。使用虚拟作物生长技术，虚拟实验在虚拟环境下农场系统中，可以替代现实工作中困难的部分或耗时严重的且费力、昂贵的测试。创建的虚拟农场可在教学、科学教育和农业科技领域进行广泛应用，通过将虚拟农场与一些先进的软件系统进行结合，可以让学生或农民通过计算机来进行作物的种植，管理虚拟农场。因此，虚拟农业技术是一种非常高效的技术
16、，具有良好的推广前景8。1.1.2 虚拟植物的国内研究现状植物在自然界中，以多种方式，种类繁多，是自然景观的重要组成部分。自20世纪60年代开始，人们开始研究使用计算机来模拟植物的动态生长过程。由于技术限制，研发部门开发的模型主要偏向于植物功能的模拟9。近几十年来，随着科学技术的飞速发展和计算机处理能力的大幅提高，植物形态的计算机模拟也进入了一个新的时代，虚拟植物的概念也随之出现。虚拟植物涉及计算机图形学、植物学、地理学、农业、虚拟现实、遥感、土壤科学等多个领域，是一门集多领域研究成果于一体的新兴交叉学科10。这类研究利用计算机图形学对植物生长进行建模，模拟植物的动态生长过程，并通过虚拟现实（
17、Virtual eality）以多维度的方式显示植物的生长发育的形态过程。它在农业、林业、娱乐、科研、教育等领域具有高效、广泛的应用价值11。虚拟植物建模方法按建模的方法和目的不同可将虚拟植物模型分为三类：第一类是基于模型的植物三维重建。它是以植物形态变化、作物生长提取规律、作物形态变化过程建模、模拟动态模型为基础的重建方法为主要特征的器官。这种模式类型可以模拟，真实自然生长的植物从生理和生态上，对于一些具有特殊性的植物，可运用技术，将主要器官的植物转换成模型参数12。具体来说，三维重建模型技术包含两种主要技术：L-系统及参考轴技术。第一类是基于模型的植物三维重建。为对我国农作物进行模拟研究，
18、国内学者也运用L-系统这一技术，目前，从研究进展上来说，小麦、玉米、大豆和棉花等领域发展较快。三维建模技术是个比较棘手的问题，主要是因为以下两点：植物根系形态结构复杂及生长过程不可见，因此，运用 L-系统技术对农作物复杂根系的生长过程形态结构及其空间分布进行了模拟14。第二类是基于图像的三维重建。提取场景三维深度信息的方法和从多张图片中计算对象的方法，获取三维深度信息，用一个强烈的现实物体或场景重建三维模型。基于三维图像重建技术的计算机辅助设计（CAD）和计算机图形学是一个非常重要的研究领域15。重建是根据拍摄到的场景或物体的二维图像，并通过计算机匹配自动计算，计算出二维物体或场景的几何信息和
19、深度信息，从而构建三维模型16。李云峰等（2005）通过运用图像分割和三维重建技术，提取了植物叶片图像的轮廓，并进行了三角定位，以植物真实图像为重建基础，实现具有极高仿真度的植物模型，但存在三维空间缺乏立体感等不足。胡少军等（2007）以植物真实图像为基础，通过运用小麦叶片边缘检测法，重建三维模型，同时还重建了叶片卷曲形状的模型，此种方法可形成一种逼真的小麦叶片卷曲扭曲的模拟效果。第三类是基于点云数据的植物三维重建。通过对感测装置和扫描装置的运用，在进行农业生产生活时，充分运用激光扫描仪和三维数字化仪毱最瀀栀琀洀氀蘢栀丁嶣/Mg前台访问/p-1248581.html121.58.77.1920
20、瓰最瀀栀琀洀氀蘢鐓丁/a前台访问/BookRead.aspx?id=2906267111.206.221.830最瀀栀琀洀氀蘢鐀丁/Mi前台访问/p-2799733.html185.191.171.400勈犰廅最搀栀琀洀氀蘢丁/Mi前台访问/p-2928809.html220.181.108.760勈犰廅最瀀栀琀洀氀蘢丁/Mg前台访问/p-1248512.html121.58.77.1920匀焀眀愀瀀搀栀琀洀氀蘢丁/Mk前台访问/d-2089950.html220.181.108.1770婘最瀀栀琀洀氀一蘢瀓丁/Mg前台访问/p-1248509.html121.58.77.1920勈妤最搀栀琀
21、洀氀倀蘢鰀丁/Mi前台访问/d-1647249.html116.179.32.1390勈妤最瀀栀琀洀氀刀蘢丁陒/Mg前台访问/d-1684832.html40.77.167.1490最瀀栀琀洀氀吀蘢丁/Kg前台访问/p-607252.html220.181.108.770攀搀栀琀洀氀嘀蘢丁/Mg前台访问/p-1248495.html121.58.77.1920婐最瀀栀琀洀氀堀蘢鯓砐丁/前台访问/search.html?q=CPA%E8%80%83%E8%AF%95%E8%B5%84%E6%96%99120.243.110.490旘最瀀栀琀洀氀娀蘢丁/Mg前台访问/d-2504679.html1
22、85.191.171.20欀搀栀琀洀氀尀蘢丁/Ic前台访问/p-36550.html40.77.167.1890椀瀀栀琀洀氀帀蘢吀丁/Ic前台访问/p-40153.html40.77.167.1890最瀀栀琀洀氀怀蘢吓丁敲/Mg前台访问/p-1248471.html121.58.77.1920匀焀眀愀瀀搀栀琀洀氀戀蘢耓丁砒5Sowap前台访问/p-1576116.html203.208.60.1030欀瀀栀琀洀氀搀蘢潗丁/Mg前台访问/p-1248411.html121.58.77.1920婐最瀀栀琀洀氀昀蘢怃丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2927398220.181
23、.108.960勈犰婥最搀栀琀洀氀栀蘢鴁丁/Mi前台访问/p-2891761.html220.181.108.950旘最瀀栀琀洀氀樀蘢丁/Mi前台访问/p-2927975.html220.181.108.930勈劰奯最瀀栀琀洀氀氀蘢尀丁/Mg前台访问/p-2789729.html40.77.167.1490勈套椀瀀栀琀洀氀渀蘢蠓丁潒/Yu前台访问/tag/caijian2009.html120.243.110.490旘最瀀栀琀洀氀瀀蘢丁5Ogwap前台访问/p-75023.html61.129.6.1740勈套最瀀栀琀洀氀爀蘢丁/Mk前台访问/p-2878971.html220.181.108
24、.1800勈劰妖笀销挀栀琀洀氀琀蘢怃丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2908613220.181.108.1410匀焀眀愀瀀搀栀琀洀氀瘀蘢丁/Ki前台访问/p-586838.html220.181.108.1180废匀洀眀愀瀀瀀栀琀洀氀砀蘢丁垲/Ke前台访问/p-893875.html121.58.77.1920欀搀栀琀洀氀稀蘢丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2912229111.206.198.150勈柠儀漀眀愀瀀搀栀琀洀氀簀蘢丁潒/Mg前台访问/d-1472282.html157.55.39.1230勈劰妖愀紀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀縀蘢搀
25、丁5Sqwap前台访问/d-2916180.html220.181.108.1790毱匀洀眀愀瀀搀栀琀洀氀耀蘢退丁/Ke前台访问/p-893848.html121.58.77.1920圠欀搀栀琀洀氀舀蘢丁/Ke前台访问/p-893837.html121.58.77.1920d椀瀀栀琀洀氀萀蘢丁堣/Mi前台访问/p-2903016.html116.179.32.1550旘攀瀀栀琀洀氀蘀蘢丁倣/Mi前台访问/d-1636087.html220.181.108.870鲲儀洀眀愀瀀搀栀琀洀氀蠀蘢丁5Qowap前台访问/p-605108.html220.181.108.1090勈銰梫匀焀眀愀瀀瀀栀琀洀氀
26、旘攀瀀栀琀洀氀謀蘢氀丁5Sowap前台访问/p-2358952.html116.179.32.2350婘攀瀀栀琀洀氀贀蘢頓丁5ewap前台访问/BookRead.aspx?id=605108111.206.221.460旘攀瀀栀琀洀氀輀蘢鯓預丁7pc游客注册登录/d-7867.html?id=7867&id=7867449230111QQ.COM120.229.78.2030ennd (攀瀀栀琀洀氀鄀蘢丁7pc游客注册成功/d-7867.html?id=7867&id=7867449230111QQ.COM120.229.78.2030勈劰妖椀搀栀琀洀氀錀蘢丁5Qowap前台访问/p-6795
27、00.html220.181.108.1680埿最蔀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀销蘢鴁丁/Ki前台访问/p-370446.html220.181.108.1860旘攀瀀栀琀洀氀需蘢丁5Smwap前台访问/d-2866577.html110.249.201.70最茀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀餀蘢丁/Ke前台访问/p-893776.html121.58.77.1920埿匀洀眀愀瀀瀀栀琀洀氀鬀蘢丁/Mi前台访问/p-2829171.html116.179.32.2050婘欀瀀栀琀洀氀鴀蘢琓丁陒/Me前台访问/p-1627476.html157.55.39.950埿最蔀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀
28、猀瀀砀椀搀鼀蘢舃鶲丁/Ki前台访问/p-679214.html220.181.108.1750攀瀀栀琀洀氀蘢丁7download7867_/d-7867.html?id=7867&id=7867&id=7867120.229.78.2030紷甀猀攀爀搀漀眀渀氀漀愀搀开搀栀琀洀氀椀搀愀洀瀀椀搀愀洀瀀椀搀蘢丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2906643111.206.221.870儀洀椀渀昀漀栀琀洀氀蘢丁敲/Ke前台访问/p-893675.html121.58.77.1920勈犰婥攀搀栀琀洀氀蘢丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2917495116.1
29、79.32.800紀需挀栀琀洀氀蘢鴁丁陔/Mg前台访问/p-2805460.html40.77.167.1490婘挀搀栀琀洀氀蘢舃鶲倏丁/前台访问/c-0001700005-40-891-0-0-0-0-9-0-1.html121.58.77.1920嫝攀脀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀蘢倓丁5ewap前台访问/BookRead.aspx?id=605108220.181.108.1720椀搀栀琀洀氀蘢倓丁潒/Mk前台访问/d-1390175.html220.181.108.1170嬀甀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀蘢簀丁倣/Me前台访问/d-1428302.html157.55.39.950欀瀀栀琀洀氀蘢丁潒/Qm前台访问/sitemap-170.html124.12.212.1850紀需挀栀琀洀氀蘢堃丁5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=2521270111.206.198.1050最瀀栀琀洀氀蘢丁敲/前台访问/c-0001700005-42-891-0-0-0-0-9-0-1.html121.58.77.1920毱匀洀眀愀瀀搀栀琀洀氀蘢丁/Mi前台访问/p-2521270.html111.206.198.400婐最瀀栀琀洀氀蘢丁/Mi前台访问/p-276459
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