推广区域农业技术论文提纲

2022-11-15

论文题目：面向小麦可视化的沉浸式虚拟场景的研究与实现

摘要：当前,针对VR技术和农业信息化的研究有以下三个方面: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。本文从小麦模型重构、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。本课题以小麦三维形态及小麦生长虚拟场景的创建和沉浸式交互漫游应用为研究目标,在对小麦三维点云建模和成长场景结构分析的基础上,利用三维点云数据重构对不同品种、不同栽培措施的小麦植株进行重建;针对植株和农田环境的建模方面,现在已有的三维建模软件表现能力不足,提出使用三维激光扫描仪获取点云模型和Unity 3D引擎结合的方法创建小麦生长场景的虚拟漫游,同时利用小麦栽培知识和物联网气象数据的交互,阐述了数据驱动和小麦栽培知识的动态加载原理以及交互触发,并针对场景创建过程中出现的模型显示问题做了渲染优化:为了解决传统人机交互对鼠标和键盘的依赖,本文使用体感交互代替传统的人机交互,使用了虚拟手柄与Unity引擎的结合实现了与虚拟场景的交互:最后,为了进一步加强沉浸式漫游效果,使用HTC·vive头盔显示器代替平面显示器,漫游视觉与人体头部（steam VR软件开发）的旋转保持同步,实现人体对三维场景的全方位沉浸式漫游。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HTC· vive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HTC·vive头盔和手柄,驱动虚拟漫游动作,完成交互功能。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HTC· vive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。本文通过对小麦高通量和高精确度的点云数据建模,以达到建立一个模型数据库,为植物表型组学的研究提供了依据。利用穿戴式虚拟现实头盔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,以及利用物联网气象数据交互触发,用户可以通过新的设备学习和了解小麦栽培知识,提高了知识的传播和推广效率。

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

学科专业：农业信息化（专业学位）

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