一種甘蔗種植3d交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及其建模方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的建模方法，包括：根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，對甘蔗種植過程所需要的模型庫進行三維建模；根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，建立甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫；根據(jù)甘蔗種植規(guī)程，結(jié)合二三維動畫及場景渲染技術(shù)，建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)；根據(jù)甘蔗的種植生長技術(shù)規(guī)程設(shè)定，按時序仿真甘蔗的種植生長過程；根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞教峁﹫缶δ?，并提供關(guān)于正確操作的視頻和文字內(nèi)容。本發(fā)明還提供了基于上述方法建立的甘蔗種植教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，包括甘蔗種植模型庫、甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫、甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)、時序模塊以及錯誤處理模塊。本發(fā)明利用計算機3D仿真虛擬現(xiàn)實技術(shù)對甘蔗虛擬教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)進行建模。
【專利說明】一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及其建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及其建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甘蔗為一年生或多年生草本植物。是制造蔗糖的原料，且可提煉乙醇作為能源替代品，廣泛地種植于世界各地，中國是最大的甘蔗生產(chǎn)國之一。隨著甘蔗種植技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)規(guī)范的頒布以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的甘蔗種植技術(shù)培訓(xùn)方式利用教科書、上課板書、圖片、文字乃至視頻的方式進行甘蔗種植各技術(shù)環(huán)節(jié)的培訓(xùn)，在人力、物力、受眾的興趣點、參與度、動手能力以及體驗的沉浸感方面都限制了甘蔗種植技術(shù)的傳播。
[0003]目前，甘蔗種植教學(xué)實訓(xùn)一般采用教師口頭講課的方式或者是結(jié)合多媒體進行教學(xué)。盡管利用多媒體技術(shù)進行授課，在授課中已經(jīng)使用大量的數(shù)字、文字、聲音、圖像等資料，考慮到甘蔗種植技術(shù)特殊性，仍然不能改變傳統(tǒng)甘蔗種植教學(xué)實訓(xùn)帶來的局限性。甘蔗種植與種植環(huán)境密切聯(lián)系，不同的種植環(huán)境需要不同的種植方式，傳統(tǒng)的教學(xué)方式僅僅通過圖片或者是視頻的方式展示，學(xué)員的認知能力有限；現(xiàn)代甘蔗種植技術(shù)過程中需要大量的農(nóng)機操作，傳統(tǒng)的教學(xué)培訓(xùn)不能提供學(xué)員熟練使用甘蔗種植農(nóng)機的教學(xué)條件，學(xué)員的動手能力得不到鍛煉；甘蔗種植過程中，病害的防治是重要的教學(xué)技術(shù)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的圖片方式僅僅從某一固定視角認知病害，學(xué)員不能從多角度、多尺度以及整個病害從發(fā)生到治療的過程變化細節(jié)不能全面的認知；甘蔗種植是有時空域限制的，傳統(tǒng)的教學(xué)很難從時域尺度上安排授課，也不能把課堂搬到甘蔗農(nóng)場地頭，限制了學(xué)員學(xué)習(xí)的體驗感和沉靜感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)解決的技術(shù)問題
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及其建模方法，能夠利用計算機3D仿真虛擬現(xiàn)實技術(shù)對甘蔗虛擬教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)進行建模，通過二三維結(jié)合的互動形式以及繪制技術(shù)進行互動仿真。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0008]—種甘鹿種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的建模方法,該方法包括:
[0009]根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，對甘蔗種植過程所需要的模型庫進行三維建模；
[0010]根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，建立甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫；
[0011]根據(jù)甘蔗種植規(guī)程，結(jié)合二三維動畫及場景渲染技術(shù)，建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)；
[0012]根據(jù)甘蔗的種植生長技術(shù)規(guī)程設(shè)定，按時序仿真甘蔗的種植生長過程；
[0013]根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞教峁﹫缶δ?，并提供關(guān)于正確操作的視頻和文字內(nèi)容。
[0014]其中，所述甘蔗種植過程所需要的模型庫包括:甘蔗模型庫、農(nóng)機模型庫、肥料模型庫、病害模型庫、藥劑模型庫和甘蔗種植地塊模型庫。
[0015]其中，所述甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫，包括施肥配置約束模型庫、整地開壟約束數(shù)據(jù)庫、下種方式約束數(shù)據(jù)庫、病害防治約束數(shù)據(jù)庫、生長發(fā)育與氣候條件約束數(shù)據(jù)庫和種莖處理約束數(shù)據(jù)庫。
[0016]其中，所述建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)，具體包括:
[0017]S1:基于動畫技術(shù)，建立土壤選擇模塊，具體包括:
[0018]Sll:對甘蔗適宜生長的不同土壤模型進行建模，包括黃壤土、沖積土、水稻土和紫色土 ；
[0019]S12:對土壤模型的表面、切面部分進行紋理賦值；
[0020]S13:利用動畫旋轉(zhuǎn)土壤模塊；
[0021]S2:基于采樣點動態(tài)擾動的Nurbs曲面,對犁地進行建模,具體包括:
[0022]S21:通過三維數(shù)字化儀對剛犁完的局部地塊進行三維數(shù)據(jù)獲取，轉(zhuǎn)化為用于Nurbs曲面生成的控制點；
[0023]S22:根據(jù)Nurbs曲面控制點動態(tài)擾動因子，對Nurbs曲面進行重構(gòu)，形成翻地地形網(wǎng)格；
[0024]S23:根據(jù)曲面計算UV，對翻地地塊模型賦值翻地貼圖紋理；
[0025]S3:基于橢球曲面的可調(diào)節(jié)參數(shù)模擬甘蔗開壟，具體包括:
[0026]S31:鎖定橢球面Y軸方向，調(diào)節(jié)X軸、Z軸球面半徑，形成壟切面坡度；
[0027]S32:設(shè)置橢球球心位置，調(diào)節(jié)壟深；
[0028]S33:根據(jù)調(diào)節(jié)好的橢球模型，沿Y軸對地形繼續(xù)開壟網(wǎng)格處理，同時改變壟溝紋理；
[0029]S4:基于粒子系統(tǒng)，建立田間施肥模塊，具體包括:
[0030]S41:根據(jù)甘蔗生長的時間段設(shè)置施肥自動提醒；
[0031]S42:基于甘蔗施肥配置約束模型庫，提供施肥肥料及施肥量的交互配置；
[0032]S43:基于粒子系統(tǒng)，對田間施肥進行仿真模擬；
[0033]S5:基于粒子系統(tǒng)，建立病蟲害防治模塊，具體包括:
[0034]S51:為各生長時期病害的發(fā)生設(shè)置隨機函數(shù)，隨機函數(shù)給出發(fā)病幾率和發(fā)病類型，并設(shè)置病害發(fā)生的自動提醒；
[0035]S52:基于甘蔗病害防治約束數(shù)據(jù)庫，為甘蔗植株葉片動態(tài)置換病蟲害葉片紋理；
[0036]S53:基于甘蔗病害防治約束數(shù)據(jù)庫，提供病害防治藥品選擇及配置；
[0037]S54:基于粒子系統(tǒng)，對田間施藥進行仿真模擬；
[0038]S6:基于動畫技術(shù)，對甘蔗砍收進行模擬；
[0039]S7:基于二三維交互技術(shù)，建立種莖處理模塊，具體包括:
[0040]S71:仿真剝?nèi)~鞘的效果；
[0041]S72:仿真甘蔗砍種的過程；
[0042]S73:仿真甘蔗種莖消毒過程；
[0043]S74:仿真甘蔗種莖催芽過程。
[0044]其中，所述按時序模擬甘蔗的種植生長過程，具體包括:
[0045]依據(jù)甘鹿種植生長技術(shù)規(guī)程,建立甘鹿生長時間表；[0046]設(shè)定甘蔗時間種植生長時序與模擬生長時序之間的比例關(guān)系；
[0047]建立動態(tài)日歷以及甘蔗種植生長觸發(fā)器。
[0048]一種采用上述建模方法所建立的甘蔗種植教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括甘蔗種植模型庫、甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫、甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)、時序模塊以及錯誤處理模塊；
[0049]甘蔗種植模型庫，用于存儲甘蔗種植過程中所需的模型，包括甘蔗模型庫、農(nóng)機模型庫、肥料模型庫、病害模型庫、藥劑模型庫和甘蔗種植地塊模型庫；
[0050]甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫，用于存儲甘蔗種植技術(shù)相關(guān)知識，包括施肥配置約束模型庫、整地開壟約束數(shù)據(jù)庫、下種方式約束數(shù)據(jù)庫、病害防治約束數(shù)據(jù)庫、生長發(fā)育與氣候條件約束數(shù)據(jù)庫和種莖處理約束數(shù)據(jù)庫；
[0051]甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)，用于根據(jù)操作模擬甘蔗種植過程，包括土壤選擇模塊、犁地模塊、開壟模塊、施肥模塊、病蟲害防治模塊、砍收模塊、種莖處理模塊；
[0052]時序模塊，用于體現(xiàn)按時序模擬的甘蔗種植生長過程；
[0053]錯誤處理模塊，用于根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞綀缶?，并提供關(guān)于正確操作的視頻和文子內(nèi)名
[0054]其中，所述甘蔗模型庫，包括甘蔗幼苗期、分蘗期、伸長期、成熟期模型及甘蔗種莖；
[0055]所述農(nóng)機模型庫，包括犁地機、平地機、開壟機、施肥機、施藥機及收割機；
[0056]所述肥料模型庫，包括有機肥、磷、鉀化肥、氮素化肥及土壤改良劑；
[0057]所述病害模型庫，包括病害表和對應(yīng)的模型紋理素材，包括鳳梨病、赤腐病、黑穗病、黃斑病、梢腐病、螟蟲、綿蚜蟲、蔗龜及薊馬；
[0058]所述藥劑模型庫，由藥劑表和對應(yīng)的模型包裝組成，包括有多菌靈、苯萊特、甲氧乙氯汞、苯菌靈可濕性粉劑、波爾多液、殺螟丹、乙酰甲胺磷、呋喃丹顆粒劑及殺螟松；
[0059]所述甘蔗種植地塊模型庫，包括黃壤土、沖積土、水稻土和紫色土塊模型。
[0060]其中，所述土壤選擇模塊，用于選擇不同的土壤模塊；
[0061]所述犁地模塊，用于根據(jù)航道的選擇模擬犁地駕駛；
[0062]所述開壟模塊，用于根據(jù)航道的選擇模擬開壟駕駛；
[0063]所述施肥模塊，用于根據(jù)施肥的定時提醒選擇施肥肥料和施肥量；
[0064]所述病蟲害防治模塊，用于根據(jù)病害特征選擇病害防治藥品；
[0065]所述砍收模塊，用于根據(jù)鼠標箭頭的控制，模擬對甘蔗進行砍收的過程；
[0066]所述種莖處理模塊，用于根據(jù)鼠標箭頭的控制，模擬對甘蔗進行剝?nèi)~鞘、砍種、消毒和催芽的過程。
[0067](三)有益效果
[0068]本發(fā)明至少具有如下有益效果:
[0069]本發(fā)明結(jié)合二三維動畫以及場景渲染技術(shù)，建立甘蔗種植3D互動可視化系統(tǒng)，對甘蔗種植整個生命周期進行3D互動可視化整合。本發(fā)明提供的系統(tǒng)有效整合甘蔗生長過程管理所涉及的農(nóng)學(xué)知識，并通過二三維結(jié)合的互動形式以及較強的真實感繪制技術(shù)進行互動仿真表達，從而為甘蔗種植教學(xué)提供較好的虛擬互動電子教科書，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高動手能力，又可以降低甘蔗種植培訓(xùn)成本?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0070]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。
[0071]附圖1是本發(fā)明實施例中一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的建模方法的流程圖；
[0072]圖2是本發(fā)明實施例中建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)的流程圖；
[0073]圖3是本發(fā)明實施例中一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0074]圖4是本發(fā)明實施例中甘蔗種植生長定時觸發(fā)事件的列表。
【具體實施方式】
[0075]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0076]參見圖1，為本發(fā)明實施例中一種甘鹿種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的建模方法，該方法包括如下步驟:
[0077]步驟101:根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，對甘蔗種植過程所需要的模型庫進行三維建模。
[0078]本步驟中，所述的甘蔗種植過程所需要的模型庫包括:甘蔗模型庫、農(nóng)機模型庫、肥料模型庫、病害模型庫、藥劑模型庫和甘蔗種植地塊模型庫。
[0079]步驟102:根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，建立甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫。
[0080]本步驟中，所述的甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫，包括施肥配置約束模型庫、整地開壟約束數(shù)據(jù)庫、下種方式約束數(shù)據(jù)庫、病害防治約束數(shù)據(jù)庫、生長發(fā)育與氣候條件約束數(shù)據(jù)庫和種莖處理約束數(shù)據(jù)庫。
[0081]步驟103:根據(jù)甘蔗種植規(guī)程，結(jié)合二三維動畫及場景渲染技術(shù)，建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)。
[0082]其中，如圖2所示，建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)包括如下步驟:
[0083]步驟201:基于動畫技術(shù)，建立土壤選擇模塊。具體包括:
[0084](I)對甘蔗適宜生長的不同土壤模型進行建模，包括黃壤土、沖積土、水稻土和紫色土 ；
[0085](2)對土壤模型的表面、切面部分進行紋理賦值；
[0086](3)利用動畫旋轉(zhuǎn)土壤模塊。
[0087]步驟202:基于采樣點動態(tài)擾動的Nurbs曲面，對犁地進行建模。整地細分為犁地、平地和開壟三部分，是甘蔗種植過程的重要互動部分以及可視化表達的重要環(huán)節(jié)，涉及到三維場景的拖拉機駕駛、作業(yè)過程地表可視化，其中作業(yè)過程地表可視化，即地形實時繪制以及地表貼圖實時繪制的真實感效果直接影響學(xué)習(xí)者體驗效果。犁地地形的特征為:整體分塊，局部因土壤土質(zhì)松軟的不同有不同程度的裂變。且利用Nurbs (Non-UniformRational B-Splines)曲面控制點可編輯特征,進行基于采樣點動態(tài)擾動的Nurbs曲面犁地可視化建模，使犁地過程仿真取得較好的可視化效果。
[0088]則本步驟具體包括:
[0089](I)通過三維數(shù)字化儀對剛犁完的局部地塊進行三維數(shù)據(jù)獲取，轉(zhuǎn)化為用于Nurbs曲面生成的控制點；
[0090](2)根據(jù)Nurbs曲面控制點動態(tài)擾動因子，對Nurbs曲面進行重構(gòu)，形成翻地地形網(wǎng)格；
[0091](3)根據(jù)曲面計算UV，對翻地地塊模型賦值翻地貼圖紋理；
[0092]步驟203:基于橢球曲面的可調(diào)節(jié)參數(shù)模擬甘蔗開壟。根據(jù)甘蔗種植技術(shù)規(guī)程要求，甘蔗開壟壟溝的深度以及寬度是開壟的主要技術(shù)參數(shù)。本步驟具體包括:
[0093](I)鎖定橢球面Y軸方向，調(diào)節(jié)X軸、Z軸球面半徑，形成壟切面坡度；
[0094](2)設(shè)置橢球球心位置,調(diào)節(jié)壟深；
[0095](3)根據(jù)調(diào)節(jié)好的橢球模型，沿Y軸對地形繼續(xù)開壟網(wǎng)格處理，同時改變壟溝紋理；
[0096]步驟204:基于粒子系統(tǒng)，建立田間施肥模塊。在甘蔗生長過程中，需要進行至少3次施肥處理，分別是，施基肥、施攻莖肥以及施壯尾肥，按照甘蔗種植技術(shù)規(guī)程，在不同時期施肥肥料以及施肥量有所不同。本步驟具體包括:
[0097](I)根據(jù)甘蔗生長的時間段設(shè)置施肥自動提醒；
[0098](2)基于甘蔗施肥配置約束模型庫，提供施肥肥料及施肥量的交互配置；
[0099](3)基于粒子系統(tǒng)，對田間施肥進行仿真模擬；
[0100]步驟205:基于粒子系統(tǒng)，建立病蟲害防治模塊。在甘蔗生長過程中，病害防治工作是田間管理的重要工作之一，甘蔗在苗期、分蘗期、伸長期以及成熟期都有可能有病蟲害發(fā)生。本步驟具體包括:
[0101](I)為各生長時期病害的發(fā)生設(shè)置隨機函數(shù)，隨機函數(shù)給出發(fā)病幾率和發(fā)病類型，并設(shè)置病害發(fā)生的自動提醒；
[0102](2)基于甘蔗病害防治約束數(shù)據(jù)庫，為甘蔗植株葉片動態(tài)置換病蟲害葉片紋理；
[0103](3)基于甘蔗病害防治約束數(shù)據(jù)庫，提供病害防治藥品選擇及配置；
[0104](4)基于粒子系統(tǒng)，對田間施藥進行仿真模擬；
[0105]步驟206:基于動畫技術(shù)，對甘蔗砍收進行模擬。現(xiàn)代甘蔗砍收采用器械一體化砍收設(shè)備進行，甘蔗砍收過程包括:分離葉片、齊根砍斷、甘蔗分段、自動裝車四個步驟，利用3DMax調(diào)節(jié)各動畫環(huán)節(jié)，并在砍收設(shè)備運行后方，留下甘蔗根頭模型，提高真實感效果。
[0106]步驟207:基于二三維交互技術(shù)，建立種莖處理模塊。種莖處理包括四個環(huán)節(jié):剝?nèi)~鞘、砍種、消毒和催芽四個技術(shù)環(huán)節(jié)，二三維結(jié)合的交互是利用射線法，鼠標拾取三維場景中的三維模型，對三維模型進行、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、分離、融合等操作。本步驟具體包括:
[0107](I)仿真剝?nèi)~鞘的效果；
[0108]剝?nèi)~鞘，改變鼠標箭頭，變?yōu)樾∈譅?，鼠標拾取甘蔗莖上部葉鞘，通過拖拉葉鞘，使葉鞘從甘蔗莖上剝離，達到仿真剝?nèi)~鞘的效果。
[0109](2)仿真甘蔗砍種的過程；
[0110]砍種，改變鼠標箭頭，變?yōu)榭车缎螤睿ㄟ^鼠標在甘蔗種莖上劃過，模擬甘蔗砍種效果，由于砍種點為種莖芽處且相隔一節(jié)距離，所以砍種位置要在正確的位置，不然系統(tǒng)提示操作失敗。
[0111](3)仿真甘蔗種莖消毒過程；
[0112]消毒，改變鼠標箭頭，變?yōu)樾∈譅?，把?jīng)過砍種處理的種莖，拖放到消毒池內(nèi)，且在消毒池旁設(shè)立時鐘，用以模擬甘蔗種莖消毒過程。
[0113](4)仿真甘蔗種莖催芽過程。
[0114]催芽，改變鼠標箭頭，變?yōu)樾∈譅?，在?jīng)過消毒的種莖上面鋪蓋秸桿，進行萌發(fā)催芽，設(shè)立時鐘，用以模擬甘蔗種莖催芽過程。
[0115]步驟104:根據(jù)甘蔗的種植生長技術(shù)規(guī)程設(shè)定，按時序仿真甘蔗的種植生長過程。
[0116]甘蔗種植分為秋植甘蔗以和春植甘蔗，一般生長時期為9到12個月。基于時序驅(qū)動的甘蔗種植模擬，是按照甘蔗的種植生長技術(shù)規(guī)程設(shè)定，按時序模擬甘蔗的整個種植生長過程，增強用戶虛擬種植的體驗效果。則本步驟具體包括如下步驟:
[0117](I)依據(jù)甘蔗種植生長技術(shù)規(guī)程，建立甘蔗生長時間表；
[0118](2)設(shè)定甘蔗時間種植生長時序與模擬生長時序之間的比例關(guān)系；例如，甘蔗生長實際需要250天，那么在計算機系統(tǒng)中，每天用2秒代替；
[0119](3)建立動態(tài)日歷以及甘蔗種植生長觸發(fā)器。
[0120]動態(tài)日歷根據(jù)上述兩個步驟給出的條件，在系統(tǒng)中定時給出日歷更換，甘蔗種植生長觸發(fā)器用于定時觸發(fā)種植生長時間，定時觸發(fā)事件列表如圖4所示。
[0121]步驟105:根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞教峁﹫缶δ?，并提供關(guān)于正確操作的視頻和文子內(nèi)名
[0122]本步驟中，為了便于用戶在進行虛擬體驗教程學(xué)習(xí)過程中，對于交互處理部分，當使用不當?shù)姆绞竭M行操作時，系統(tǒng)提供報警功能，告知用戶使用了不科學(xué)的種植方式，并提供用戶通過觀看甘蔗種植視頻、文字教程進行學(xué)習(xí)，達到“看動畫，學(xué)知識，玩游戲，長技能”的效果。
[0123]如圖3所示，為本發(fā)明實施例中采用上述實施例中的建模方法所建立的甘蔗種植教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括甘蔗種植模型庫、甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫、甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)、時序模塊以及錯誤處理模塊；
[0124]甘蔗種植模型庫(即模型層)，用于存儲甘蔗種植過程中所需的模型，包括甘蔗模型庫、農(nóng)機模型庫、肥料模型庫、病害模型庫、藥劑模型庫和甘蔗種植地塊模型庫。其中，所述甘蔗模型庫，包括甘蔗幼苗期、分蘗期、伸長期、成熟期模型及甘蔗種莖；所述農(nóng)機模型庫，包括犁地機、平地機、開壟機、施肥機、施藥機及收割機；所述肥料模型庫，包括有機肥、磷、鉀化肥、氮素化肥及土壤改良劑；所述病害模型庫，包括病害表和對應(yīng)的模型紋理素材，包括鳳梨病、赤腐病、黑穗病、黃斑病、梢腐病、螟蟲、綿蚜蟲、蔗龜及薊馬；所述藥劑模型庫，由藥劑表和對應(yīng)的模型包裝組成，包括有多菌靈、苯萊特、甲氧乙氯汞、苯菌靈可濕性粉劑、波爾多液、殺螟丹、乙酰甲胺磷、呋喃丹顆粒劑及殺螟松；所述甘蔗種植地塊模型庫，包括黃壤土、沖積土、水稻土和紫色土塊模型。
[0125]甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫(即數(shù)據(jù)層)，用于存儲甘蔗種植技術(shù)相關(guān)知識，包括施肥配置約束模型庫、整地開壟約束數(shù)據(jù)庫、下種方式約束數(shù)據(jù)庫、病害防治約束數(shù)據(jù)庫、生長發(fā)育與氣候條件約束數(shù)據(jù)庫和種莖處理約束數(shù)據(jù)庫。
[0126]甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)，用于根據(jù)操作模擬甘蔗種植過程，包括土壤選擇模塊、犁地模塊、開壟模塊、施肥模塊、病蟲害防治模塊、砍收模塊、種莖處理模塊。其中，所述土壤選擇模塊，用于選擇不同的土壤模塊；所述犁地模塊，用于根據(jù)航道的選擇模擬犁地駕駛；所述開壟模塊，用于根據(jù)航道的選擇模擬開壟駕駛；所述施肥模塊，用于根據(jù)施肥的定時提醒選擇施肥肥料和施肥量；所述病蟲害防治模塊，用于根據(jù)病害特征選擇病害防治藥品；所述砍收模塊，用于根據(jù)鼠標箭頭的控制，模擬對甘蔗進行砍收的過程；所述種莖處理模塊，用于根據(jù)鼠標箭頭的控制，模擬對甘蔗進行剝?nèi)~鞘、砍種、消毒和催芽的過程。
[0127]時序模塊，用于體現(xiàn)按時序模擬的甘蔗種植生長過程。
[0128]錯誤處理模塊，用于根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞綀缶⑻峁╆P(guān)于正確操作的視頻和文子內(nèi)名
[0129]上述甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)、時序模塊及錯誤處理模塊構(gòu)成系統(tǒng)的互動仿真層。
[0130]本發(fā)明實施例結(jié)合二三維動畫以及場景渲染技術(shù)，建立甘蔗種植3D互動可視化系統(tǒng)，對甘蔗種植整個生命周期進行3D互動可視化整合。本發(fā)明實施例提供的系統(tǒng)有效整合甘蔗生長過程管理所涉及的農(nóng)學(xué)知識，并通過二三維結(jié)合的互動形式以及較強的真實感繪制技術(shù)進行互動仿真表達，從而為甘蔗種植教學(xué)提供較好的虛擬互動電子教科書，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高動手能力，又可以降低甘蔗種植培訓(xùn)成本。
[0131]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解；其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種甘蔗種植3D交互虛擬教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的建模方法，其特征在于，該方法包括: 根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，對甘蔗種植過程所需要的模型庫進行三維建模； 根據(jù)甘蔗種植技術(shù)，建立甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫； 根據(jù)甘蔗種植規(guī)程，結(jié)合二三維動畫及場景渲染技術(shù)，建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)； 根據(jù)甘蔗的種植生長技術(shù)規(guī)程設(shè)定，按時序仿真甘蔗的種植生長過程； 根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞教峁﹫缶δ?，并提供關(guān)于正確操作的視頻和文字內(nèi)容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述甘蔗種植過程所需要的模型庫包括:甘蔗模型庫、農(nóng)機模型庫、肥料模型庫、病害模型庫、藥劑模型庫和甘蔗種植地塊模型庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫，包括施肥配置約束模型庫、整地開壟約束數(shù)據(jù)庫、下種方式約束數(shù)據(jù)庫、病害防治約束數(shù)據(jù)庫、生長發(fā)育與氣候條件約束數(shù)據(jù)庫和種莖處理約束數(shù)據(jù)庫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述建立甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)，具體包括: S1:基于動畫技術(shù),建立土壤選擇模塊,具體包括: S11:對甘蔗適宜生長的不同土壤模型進行建模，包括黃壤土、沖積土、水稻土和紫色土 ; S12:對土壤模型的表面、切面部分進行紋理賦值； S13:利用動畫旋轉(zhuǎn)土壤模塊； S2:基于采樣點動態(tài)擾動的Nurbs曲面,對犁地進行建模,具體包括: S21:通過三維數(shù)字化儀對剛犁完的局部地塊進行三維數(shù)據(jù)獲取，轉(zhuǎn)化為用于Nurbs曲面生成的控制點； S22:根據(jù)Nurbs曲面控制點動態(tài)擾動因子，對Nurbs曲面進行重構(gòu)，形成翻地地形網(wǎng)格； S23:根據(jù)曲面計算UV，對翻地地塊模型賦值翻地貼圖紋理； S3:基于橢球曲面的可調(diào)節(jié)參數(shù)模擬甘蔗開壟，具體包括: S31:鎖定橢球面Y軸方向，調(diào)節(jié)X軸、Z軸球面半徑，形成壟切面坡度； S32:設(shè)置橢球球心位置，調(diào)節(jié)壟深； S33:根據(jù)調(diào)節(jié)好的橢球模型，沿Y軸對地形繼續(xù)開壟網(wǎng)格處理，同時改變壟溝紋理； S4:基于粒子系統(tǒng)，建立田間施肥模塊，具體包括: S41:根據(jù)甘蔗生長的時間段設(shè)置施肥自動提醒； S42:基于甘蔗施肥配置約束模型庫，提供施肥肥料及施肥量的交互配置； S43:基于粒子系統(tǒng)，對田間施肥進行仿真模擬； S5:基于粒子系統(tǒng)，建立病蟲害防治模塊，具體包括: S51:為各生長時期病害的發(fā)生設(shè)置隨機函數(shù)，隨機函數(shù)給出發(fā)病幾率和發(fā)病類型，并設(shè)置病害發(fā)生的自動提醒； S52:基于甘蔗病害防治約束數(shù)據(jù)庫，為甘蔗植株葉片動態(tài)置換病蟲害葉片紋理； S53:基于甘蔗病害防治約束數(shù)據(jù)庫，提供病害防治藥品選擇及配置； S54:基于粒子系統(tǒng)，對田間施藥進行仿真模擬；56:基于動畫技術(shù)，對甘蔗砍收進行模擬； 57:基于二三維交互技術(shù)，建立種莖處理模塊，具體包括: 571:仿真剝?nèi)~鞘的效果； 572:仿真甘蔗砍種的過程； 573:仿真甘蔗種莖消毒過程； 574:仿真甘蔗種莖催芽過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述按時序模擬甘蔗的種植生長過程，具體包括: 依據(jù)甘鹿種植生長技術(shù)規(guī)程，建立甘鹿生長時間表； 設(shè)定甘蔗時間種植生長時序與模擬生長時序之間的比例關(guān)系； 建立動態(tài)日歷以及甘蔗種植生長觸發(fā)器。
6.一種采用如權(quán)利要求1-5任一項所述的建模方法所建立的甘蔗種植教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括甘蔗種植模型庫、甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫、甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)、時序模塊以及錯 誤處理模塊； 甘蔗種植模型庫，用于存儲甘蔗種植過程中所需的模型，包括甘蔗模型庫、農(nóng)機模型庫、肥料模型庫、病害模型庫、藥劑模型庫和甘蔗種植地塊模型庫； 甘蔗種植知識關(guān)聯(lián)庫，用于存儲甘蔗種植技術(shù)相關(guān)知識，包括施肥配置約束模型庫、整地開壟約束數(shù)據(jù)庫、下種方式約束數(shù)據(jù)庫、病害防治約束數(shù)據(jù)庫、生長發(fā)育與氣候條件約束數(shù)據(jù)庫和種莖處理約束數(shù)據(jù)庫； 甘蔗種植3D互動可視系統(tǒng)，用于根據(jù)操作模擬甘蔗種植過程，包括土壤選擇模塊、犁地模塊、開壟模塊、施肥模塊、病蟲害防治模塊、砍收模塊、種莖處理模塊； 時序模塊，用于體現(xiàn)按時序模擬的甘蔗種植生長過程； 錯誤處理模塊，用于根據(jù)不當?shù)牟僮鞣绞綀缶⑻峁╆P(guān)于正確操作的視頻和文字內(nèi)容。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述甘蔗模型庫，包括甘蔗幼苗期、分蘗期、伸長期、成熟期模型及甘蔗種莖； 所述農(nóng)機模型庫，包括犁地機、平地機、開壟機、施肥機、施藥機及收割機； 所述肥料模型庫，包括有機肥、磷、鉀化肥、氮素化肥及土壤改良劑； 所述病害模型庫，包括病害表和對應(yīng)的模型紋理素材，包括鳳梨病、赤腐病、黑穗病、黃斑病、梢腐病、螟蟲、綿蚜蟲、蔗龜及薊馬； 所述藥劑模型庫，由藥劑表和對應(yīng)的模型包裝組成，包括有多菌靈、苯萊特、甲氧乙氯汞、苯菌靈可濕性粉劑、波爾多液、殺螟丹、乙酰甲胺磷、呋喃丹顆粒劑及殺螟松； 所述甘蔗種植地塊模型庫，包括黃壤土、沖積土、水稻土和紫色土塊模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述土壤選擇模塊，用于選擇不同的土壤模塊； 所述犁地模塊，用于根據(jù)航道的選擇模擬犁地駕駛； 所述開壟模塊，用于根據(jù)航道的選擇模擬開壟駕駛； 所述施肥模塊，用于根據(jù)施肥的定時提醒選擇施肥肥料和施肥量； 所述病蟲害防治模塊，用于根據(jù)病害特征選擇病害防治藥品；所述砍收模塊，用于根據(jù)鼠標箭頭的控制，模擬對甘蔗進行砍收的過程； 所述種莖處理模塊，用于根據(jù)鼠標箭頭的控制，模擬對甘蔗進行剝?nèi)~鞘、砍種、消毒和催芽的過程。
【文檔編號】G06F17/50GK103914591SQ201410103123
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】吳升, 郭新宇, 雷艷, 王虓, 王殿亮 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心