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Web4D虚拟农业发展综述论文

论文 时间:2019-05-15 我要投稿
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  1虚拟农业的相关概念

  1.1实景贴图

  模型看着像照片,其实模型表面贴图确实是照片,是用高分辨率影像设备拍摄的,次序是:建好模型→实景原型拍照→模型贴图。这里需要理解的是,照片贴图是二维平面图,但在建模环境中进行贴图时,二维贴图会根据三维模型的表面形状而附着在模型上,产生逼真的3D效果,这种效果是4D虚拟引擎的渲染引擎实现的。

  1.2对象、属性、方法、事件

  在大规模农业建模中,涉及到很多农业事物,包括:场景、农田、树木、花、草、作物、牲畜、农机、沟渠等,单个事物就是一个对象,具有相应的属性、方法和事件。在建模环境中,模型由巨量的点、线、面组成,而这些点、线、面在空间是有相对应坐标数值的,该模型是可操控的,模型中相应信息的显示、计算是没有问题的。

  1.3被动模型与主动模型

  被动模型是应用模型库所提供的对象生成的,只能部分反映或不反映现实真实情况,而主动模型则是根据实地勘测真实场景应需制作的。在农业科研中,需要的是主动模型,真实再现实地情况,模型能够真实反映现实,对推理、决策等具有更好的支持作用。

  1.4Web交互中的实时性

  在B/S结构中,网络直接传输大量图像信息的做法已经被摒弃,这样做会导致不连贯、严重的滞后、卡屏等情况。现在的网络交互采用了B/C/S的方式,客户端需要事先下载庞大的应用软件,进行安装,软件会应需随时发布更新补丁,网络交互的仅仅是相应图像、模型的文本编号信息,模型的运行都在本地进行。

  1.5航拍即时建模

  要使用到航拍飞机、3D数字化仪、3D数码相机、3D摄像机等硬件设备。3D数字化仪发展很快,电子产品更新换代很快,2012年实地对麦穗建模进行了测试,当时的产品还是不错的,所建模型比较清楚,麦芒也清晰可见,噪声小。多台3D数码相机配以专用的镜头多角度同时拍摄,然后由相应软件依据多角度拍摄的照片进行建模。这项技术很实用,如上海浦东的城市建模只用一个月左右就完成了,质量很高;张家界旅游景区建模也较精致,山、水、花、草都很逼真,可以应用在虚拟农业领域,先进行大范围虚拟建模,需要突出的模型在相关软件中进行精修,然后赋以属性、方法、事件即可。费用2012年是2万元/km2,价格视建模对象的复杂程度而定。

  1.6模型外形与内部,以及环境因子互相作用影响关联

  目前主要偏重于外观形态的建模,内部模型、内部机理以及与周围环境因子相互作用的定性、定量关系可以局部或单株深入进行研究,但不是主要方向。

  1.7画法建模

  靠复杂的算法画出一个模型来,是众多研究人员的研究方向和成果,但4D引擎的开发不完全是这样的,更多的是靠前一层软件的支撑,做出一个模型,前一层软件则外部接口明确,技术细节封装,然后贴图渲染着色打光,形成种类丰富即取即用的模型库。

  24D虚拟引擎

  目前国内外市场上的虚拟4D引擎多达上百种,上图市场容量为市场总容量的一部分,为所有这些引擎的虚拟现实应用之和,其中orge是免费的,但使用有更严格的限制。4D引擎包含以下系统:渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理引擎等。建模技术确实是逐步发展起来的,在Opengl和DirectX这2个API基础上发展到3DMAX、MAYA、Softimage、AutoCAD等到现在的4D虚拟引擎。这是因为如果直接采用底层的建模技术(比如Vc6.0+Opengl或者现在的.net+Opengl),跳过中间的2层,建模将十分困难,所建模型也很失真。目前针对虚拟农业的4D引擎很少,有的引擎也不好用,建立的模型真实感不够强。出于农业科研的考虑,自主知识产权开发一个引擎也是可以考虑的一个立项依据,但开发引擎投入巨大,周期长,难度高,并且需要强力的市场经济驱动力,需要综合考虑这些因素。如果引进,需要考虑实际需求,引擎的购买和授权使用价格十分昂贵,便宜的不好用而又限制太多。各个引擎的功能各有侧重。以unreal为例,授权使用费用高达240万元以上,如果开发的系统用于商业,那么还要收取利润所得的30%,而国内的涂鸦引擎授权使用费用也高达40万元。

  3结语

  (1)虚拟现实技术软硬件发展是有迹可寻的,遵循一定的客观规律,跳跃式发展基本是不现实的(除非有时可以资金换技术),发展层次关系非常清楚,最终能够在虚拟农业领域应用自如,还是需要底下一层层技术体系支撑起来的。

  (2)软件、硬件更新换代很快,基本5a一代,没有自主知识产权,非常被动,尤其是硬件,有的软件还可以升级。

  (3)选择合适的4D引擎很难,由于引擎侧重点不同,需要综合考虑各种因素,并不是随便一个4D引擎拿来就可以进行虚拟农业工作的,不合适的引擎只会费时费力,导致所建模型失真。

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