基于Web3D的交互式虚拟水稻器官造型研究
基于unity3d的交互式虚拟农业仿真平台研究
2012年3月农机化研究第3期基于uni t y3d的交互式虚拟农业仿真平台研究陈洪，马钦，朱德海(中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083)摘要：传统的农作物种植试验需要反复设计和改进，且受季节、农时和天气的限制，种植周期长、成本高。
基于虚拟现实技术的农作物种植虚拟仿真平台能够缩短作物品种试验周期，降低成本。
是实现农业生产现代化的关键。
为此，重点研究了基于三网融合技术，以三维虚拟世界为载体，以农业仿真模型为科学计算依据，以f{务驱动为特色的虚拟农业仿真平台架构，并基于uni f y3d实现了交互式虚拟农业仿真平台。
关键词：三网融合；虚拟农业仿真；农业模型；任务驱动中图分类号：s126文献标识码：A文章编号：1003—188X(2012)03一0184-03O引言农业田间作物试验受季节、气候、地形等多种因素的限制，每年的播种和收获时间有限；同时人力、物力投入高，试验周期长，研究人员需要等到下一季才能得到各项试验指标，然后进行作物改良。
这种情形长期以来一直制约着农业作物新品种的研发速度和周期，妨碍了农业作物品种改良创新水平的提升。
随着虚拟实现技术的发展，基于科学的作物生长模型，开发高度模拟真实农作物长势的、替代季节性田间试验的农业试验平台，受到该领域学者的广泛关注。
同时，三网融合技术的发展也为虚拟仿真平台提供了新的技术保障。
本文基于作物生长模型，采用uni t)，3d 技术实现了网络上的作物种植三维可视化模拟显示和交互控制，可设置作物生长的天气、土壤等外部条件，为作物品种试验研究提供了一种新的思路。
1虚拟仿真的国内外现状虚拟现实技术目前已被广泛应用在军事仿真、体育、医疗、农业等各个领域。
2006年，s i m ukam推出一款韩语版的V i r t ual K0r ear I kader，通过三维虚拟环境培训企业员工的领导能力，该系统被应用于三星等公司的员工培训中。
2009年，For ge Fx公司推出了生猪养殖仿真系统，利用虚拟现实技术构建三维可收稿日期：20l l一05一l O基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2006B A D l0A07一06)作者简介：陈洪(1976一)，男，四川大竹人，讲师，博士。
水稻生长可视化模拟系统的设计与实现
第 ｌ 期
丁 维 龙 ， ： 稻 生 长 可 视 化 模 拟 系统 的设 计 与 实 现 等 水
某种 作 物 的可视 化仿 真软 件却 未见 文献 报 道． 因此 ， 以水 稻为 例 ， 研究 了水 稻 拓 扑结 构 及 其 生 长 过 程 的
可视 化建 模方 法 ， 在此 基础 上 ， 开发 了交 互式 的水 稻 植 株形 态设 计 系统 ， 现 了水 稻 植 株 形 态 及 其 生 长 实
Ｖｉ ｕ ｌ ｌｎｓ ＴｒｅＰ ｏｅｓ ｎ ｌ ， ｒ ａ Ｐａｔ 及 ｔ ｅ ｒ ｆｓｉ ａ 等 但专 门针 对 ｏ
花 Ⅲ 、 米 引、 梁 、 玉 一 高 西瓜 ［ 小 麦 等 作 物 的器 引、 。
收 稿 日期 ：０ ０Ｉ－８ ２ １一Ｉ１
基金 项 目 ： 国家 ８ ３计 划基 金 资 助 项 目（ ０ ７ ６ ２ ０ ＡＡ１ Ｚ ２ ） ０ ２ ９ 作者 简 介 ： 维 龙 （ ９ ５ ）男 ， 徽 萧 县 人 ， 教 授 ， 士 ， 究 方 向为 虚 拟 植 物 建 模 和智 能系 统 ， — ｉ： ｄｎ ＠ ｚ ｔｅ ｕｃ ． 丁 １ ７一 ， 安 副 博 研 Ｅ ｍａｌｗｌｉｇ ｊ ．ｄ ．ａ ｕ
了 系统设 计 与 实现 过程 中涉及 的 关键 技 术 ， 并给 出 了系统的界 面 以及 实现 的 一些典 型效 果 图． 关 键词 ： 虚拟 作物 ； 可视化 ； 稻 生长建模 ； 水 参数 化 Ｌ 系统 ； 自动机模 型
中图分 类号 ： Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９
文献 标 志码 ： Ａ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｖ ｒ ｕ ｌｃ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｉｔ ａ ｒ ｐ；ｖ ｓ ｌｚ ｔｏ ｉｕａｉａ ｉ ｎ；ｒｃ ｒ ｗｔ ｄｅｉ ｉｅ ｇ ｏ ｈ ｍｏ ｌ ｎｇ；ｐ ｒ ｍｅ ｒｃ Ｌ： ｙｓ ｅ ；ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｎ ａ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｍ ｕ ｏ ｔｏ ｍ０ｄ １ ｅ
基于Web3D的交互式产品演示设计探索
基于Web3D的交互式产品演示设计探索摘要：Web3D技术是一种互联网上的3D图形技术，是网络技术和虚拟现实的结合，将其应用于互联网电子商务的三维产品展示领域是这一技术目前的发展趋势之一。
该文介绍了Web3D技术的发展概况及国内几种主要Web3D技术的特点，对Web3D技术在产品演示方面的应用进行KJ法分析，以Flash3D技术为例讨论网络三维交互式产品演示的实现模式，并提供技术及设计思路。
关键词：Web3D 产品演示KJ法贴图烘焙Flash3DAbstract:Web3D is a 3D graphics technology based on the Internet combined by network technology and virtual reality,apply it into the field of 3D product demo of Internet e-commerce is one of the currently development trends.This article will introduce the overview of Web3D’s development and features of several domestic main Web3D technologies,analyze Web3D’s application on aspect of product demo by KJ method,discuss the model of Web-based 3D interactive product demo used Flash3D as an example,and provide technology and design ideas.Key words:Web3D Product Demo KJ method Texture baking Flash3D网络三维技术（Web3D）目前还没有严格的定义，广义上可以理解为：互联网上的3D图形技术。
基于Web3D的交互式工业产品三维虚拟场景的设计
浅谈基于Web3D的交互式工业产品三维虚拟场景的设计摘要本文简单探讨了采用了基于web3d的交互式汽车三维虚拟场景的设计与实现,采用的是基于java的wirefusion作为创作工具。
首先,在三维软件中建模,然后进入wirefusion,在其中对模型进行网络3d化的工作。
虽然,web3d技术有很好的发展前景,但仍然不可盲目乐观,它还面临着很多问题,如网络带宽、处理器速度等。
现在的web3d图形有很多可供选择的技术和解决方案,多种文件格式和渲染引擎的存在是web3d图形在互联网上应用的最大障碍,而且这种局面还将长期存在。
使用java的重要理由之一是它的平台无关性。
这能在一定程度上解决上述问题。
关键词 web3d;java;工业产品中图分类号tp393 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)22-0218-023d图形技术不是一个新话题,但是3d图形对机器的要求较高,以往都是在图形工作站实现的。
然而,随着计算机技术的发展和互联网的出现,却使3d图形技术发生了微妙而又深刻的变化,并且深刻影响各个领域。
web3d协会(前身是vrml协会)最先使用web3d术语,这一术语的出现反映了这种变化的全貌,我们把web3d理解为:互联网上的3d图形技术。
下面以pc为平台,实现一个产品3d展示,来说明现在web3d技术。
本文用到的vrml是3d图形和多媒体技术通用交换的文件格式,它基于建模技术,描述交互式的3d对象和场景,不仅应用在互联网上,也可以用在本地客户系统中,应用范围极广。
由于网上传输的是模型文件,故其传输量大大小于视频图像。
制作互联网3d图形的软件并没有完全遵循vrml97标准,许多公司推出了它们自己的制作工具和插件,对用户而言,要在互联网上观看用这些软件制作的3d图形,先要下载1m～7mb的插件,然后安装在网页浏览器上。
插件的种类之多,这也使得用户难以选择。
要观看10个不同的网站,用户就需要下载并安装10个不同厂家的插件。
作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究
作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究作者：诸叶平李世娟李书钦来源：《智慧农业》2019年第01期摘; ;要：针对作物产量形成、品种适应性分析的数字化解析和可视化表达需求，以提高作物模拟模型的时效性、协同性和真实感为目标，结合物联网技术与作物模拟模型，进行了田间数据实时采集;应用多智能体技术进行了作物协同模拟方法研究与框架设计;开展了作物生长过程模拟模型及基于作物模型的形态三维可视化关键技术研究，以小麦作物为例，进行了田间试验，阐述了小麦三维形态模拟可视化系统的设计实现并进行了试验验证;构建了Logistic方程模拟小麦叶长、最大叶宽、叶片高度、株高等的生长变化，采用基于曲线、曲面的参数化建模方法和3D图形库OpenGL构造了小麦器官几何模型。
结果表明小麦叶长、最大叶宽、叶片高度和株高模拟模型R2值在0.772～0.999之间，回归方程的F值在10.153～4359.236之间，且Sig.小于显著水平0.05，模型显著性较好，模型的拟合度较高。
本研究将作物模拟模型结果和形态结构模型有效结合，实现了以小麦为代表的作物在不同管理措施条件下的生长过程形态三维可视化表达，为作物生产数字化系统应用提供了更有效的途径，该技术体系与方法同样适用于玉米、水稻等作物。
关键词：作物模拟模型;生长过程数字化;形态可视化;Agent技术;三维中图分类号：S24; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标志码：A; ; ; ; ; ; ;文章编号：201901-SA005诸叶平，李世娟，李书钦.作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究[J]. 智慧农业， 2019， 1（1）： 53-66.Zhu Y， Li S， Li S. Research on key technologies of crop growth process simulation model and morphological 3D visualization[J]. Smart Agriculture， 2019， 1（1）： 53-66. （in Chinese with English abstract）1; 引言作物生长过程是一个涉及作物基因、生长环境、管理措施等诸多变化因素的复杂巨系统，作物生长过程模拟一直都是作物生长过程数字化研究的重点内容之一。
基于Unity3D的传统农具三维交互展示技术研究
基于Unity3D的传统农具三维交互展示技术研究作者：李辉邹承俊阎婷来源：《湖北农业科学》2016年第12期摘要：作为数字化农业建设的重要组成部分，对传统农具进行三维展示是虚拟农业博物馆建设的核心内容。
针对当前数字博物馆虚拟展示缺乏动态模拟、低集合层次交互等问题展开研究。
以成都平原农耕文化馆为原型，采用3d Max和Unity3D技术相结合的方法，设计实现了传统农具展品三维模型、结构展示、工作原理和操作方法的交互式动态模拟。
结果表明，采用人机交互式控制展品的方法，能有效增强用户的沉浸感、交互性和构想性，也为重要农耕文化遗产的传承和利用创造了条件。
关键词：虚拟博物馆；三维展示；Unity3D；交互；传统农具中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）12-3196-04DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.12.050Abstract： As an important part of digital agriculture，3D display of traditional farm tools is the core content of the construction of virtual agricultural museum. This article is specified in the following actual problems such as current 3D display exhibits lack of dynamic simulation，low level interactive study etc. In the Chengdu Plain farming culture museum as the prototype，3d model，structure，working principle，operation method of simulation of traditional farm tools was designed and realized by 3d Max and Unity 3D. The results showed that using the method of human-computer interaction exhibits can effectively enhance the user immersive，interactive and imagination. It is also important to inheritance and utilization of farming culture heritage.Key words： virtual museum； 3D display； Unity3D； interactive； traditional farm tool随着虚拟现实技术、网络技术的迅猛发展，虚拟博物馆以其数字化、三维可视化的特点，正在迅速发展，具有实体博物馆不可替代的作用。
基于形态特征参数的稻穗几何建模及可视化研究
2.1 穗曲线
穗轴的形态主要由穗曲线决定。一般情况下，穗
曲线呈一条光滑的二维曲线，可以用适当的数学表达
式描述，由于二次 Bezier 曲线具有形状控制直观、计
算简便的优点，为此采用二次 Bezier 曲线拟合的方法
来模拟穗轴，并假设穗轴的空间曲线位于 xoy 平面内。 2.1.1 二 次 Bezier 曲 线 给 定 空 间 n+1 个 点
（1 南京农业大学农学院/江苏省信息农业高技术研究重点实验室，南京 210095；2 南京农业大学信息科技学院，南京 210095）
摘要：【目的】建立基于形态特征参数的稻穗几何模型，实现稻穗的可视化。【方法】通过对稻穗形态建成过 程中关键特征的观测分析，利用三维几何建模技术，构建基于形态特征参数的稻穗几何模型，包括穗曲线、穗轴、 次枝梗和小穗几何模型；用 Bezier 曲线来拟合穗曲线，将二维空间的穗曲线映射到三维空间，构建穗轴几何模型； 用一段穗轴及圆柱体模拟一次枝梗和二次枝梗；并分别用椭球体及圆柱体模拟小穗的谷粒及小枝梗，最后基于稻 穗的拓扑结构，构建稻穗几何模型。模型参数主要有穗长、穗倾角、一次枝梗长、一次枝梗数目、二次枝梗长、 二次枝梗数目、谷粒大小等。【结果】在稻穗几何模型基础上，基于 OpenGL 图形平台，实现了稻穗生长过程的三 维可视化, 较好地描述了稻穗形态建成过程。【结论】稻穗的可视化为建立可视化水稻生长系统奠定了基础，同时 对其它作物的可视化表达也有很好的借鉴意义。
1 稻穗形态及拓扑结构的描述 Nhomakorabea图 1 稻穗的形态结构示意图
Fig. 1 Architecture of rice panicle
以及小穗几何造型 4 个方面对稻穗进行数学描述和建 模。 1.2 稻穗的拓扑结构
基于WebGIS 的水稻品种综合评价与良种推荐系统
２
基于 WebGIS 的水稻品种综合评价与良种推荐系统
计算机科学与技术专业学生 指导教师 姜海燕 雷晓俊
摘要：水稻品种综合评价旨在对水稻品种进行多目标综合选择，更加全面客观地评价水稻品种的优 劣。本研究在利用模糊综合评分法、模糊评分法、协调法、DTOPSIS 法、灰色关联度分析法以及综 合评分法等多种评价方法的基础上，以品种综合评价模型与良种推荐模型为依托，综合考虑气象条 件、土壤条件，通过计算品种置信度，分别对籼稻、粳稻与杂交稻等多个水稻品种展开评价与推荐。 然后，收集江苏省 2004 年以来选育的优良水稻品种数据资料，建立了水稻优良品种数据库。最后， 在软件工程思想和组件化软件开发方法指导下，综合数据库技术、WebGIS 技术和品种综合评价模型 与良种推荐模型，基于 语言、SQL Server 2000 数据库，设计开发了水稻品种综合评价与 良种推荐系统；该系统实现了不同地区水稻品种的信息查询、综合评价、良种推荐等功能，为农业 推广部门进行水稻品种综合评价和选择适宜当地种植的优良品种提供决策服务。 关键词：水稻品种；综合评价；良种推荐；WebGIS
１
5.2 系统开发工具„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 5.2.1 WebGIS 平台选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 5.2.2 其他开发工具„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 5.3 系统结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 5.4 数据库设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.4.1 空间数据库„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.4.2 属性数据库„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.4.3 数据库访问组件化„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 5.5 功能设计与实现„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 5.5.1 WebGIS 地理信息系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 5.5.2 信息查询„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 5.5.3 品种综合评价系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 5.5.4 良种推荐系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 5.5.5 数据管理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 5.5.6 帮助系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 6 系统测试与应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 27 6.1 系统运行环境„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 6.1.1 服务器端运行环境„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 6.1.2 客户端运行环境„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 6.2 系统实例分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 6.2.1 案例区种植情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 6.2.2 案例实例应用与分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 7 总结与展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 34 7.1 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 7.2 展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 34 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 35
基于VR虚拟实景的农作物品种技术网络展示平台研究
基于VR虚拟实景的农作物品种技术网络展示平台研究摘要目前农作物的品种、技术、装备的推广主要依赖现场展示示范，存在参观人数少，且通过一次参观，农户不能系统了解相关品种的全程生长情况。
本文在深入分析农作物品种技术展示的状态后，提出了一种基于VR虚拟实景的农作物品种技术网络展示平台。
集聚农作物品种、种业企业信息、栽培技术数据库，实时展示不同作物品种长势长相、配套栽培技术信息，通过建设多元智能的农作物品种栽培技术库，以生产关键节点的图片、文字及实时视频及录播信息为基础，实现作物品种图片展示、栽培技术指导、实时视频、农资产品、设施农机装备展示与推广的有机结合，给用户带来生动丰富、全新的农作物品种技术装备选择与示范推广体验。
关键词VR虚拟实景；网络展示；多元智能；农作物1 农作物品种技术展示背景分析一是推广示范点少，品种技术推广较慢。
受农业推广经费与展示现场点少、距离农户远的影响，到每个展示点参观学习的农民较少，新品种、新技术、新装备难以快速推广。
二是传统种业电商发展较慢。
受传统思维惯性的影响，种业育种企业、科教单位在农作物新品种、新技术、新装备的推广应用仍采用渠道营销、广告营销模式。
长期以来，农民习惯于眼见为实，采购种子时到电商平台购买的少，一些独立的农作种业电商平台也较难以做大。
三是农业新型耕作机械示范點少。
对于蔬菜大田作物，由于品种多，种植分散，单个农户种植规模不大，新型耕作机械装备平常农户较少见到，造成农机企业找不到客户，客户找不到适合的农机。
随着互联网、物联网技术的发展，农村网络逐步普及、农村移动互联网用户增多，农作物品种、技术、装备推广的思路需借助互联网平台，推进互联网与物联网的结合。
目前国内尚未有线上线下展示于一体的平台，实现品种、技术、装备展示推广、种业电商销售于一体。
目前并且面对如此众多且类型多样的农作物品种技术资源，国内尚无档案数据库对农作物品种资源信息进行统一规范化管理，尚未采取“互联网+物联网”技术，与线下展示基地结合，VR技术实景展示，实现农作物品种、技术、装备的线上线下实时展示，加快农业新品种、新技术、新装备的推广[1]。
水稻根系三维建模及可视化方法研究进展
水稻根系三维建模及可视化方法研究进展作者：吴盼盼唐子宗杨乐彭军张欢欢施俊林来源：《福建农业学报》2021年第08期摘要：根系是水稻获取养分的主要器官，水稻根系三维建模及可视化有助于进一步了解其根系的形态、结构和功能。
随着计算机视觉和非侵入性技术的小断发展，根系形态和功能研究已进人数字化和可视化的阶段。
近年来许多研究者分别从制作出土根系于绘图、计算机断层扫描（ CT）等非侵入性技术、数学建模以及仿真模拟等方面推进水稻根系三维建模及可视化的研究。
根系数据的获取是三维建模的有效前提，根据是否破坏根系原有生长环境，根系数据探测被分为破坏性探测和原位探测两类，本文对比分析了两种探测方式的方法和特点。
从人工观察测量、机器视觉、光学仪器或断层扫描的三维数字化等方面对水稻根系的三维建模进行了阐述，总结了水稻根系三维建模及可视化的研究进展，并对当下主流三维重构技术进行分类和对比，总结了不同根系三维重构方法在重建效果、成本、操作水平等方面的优劣势。
此外，南于根系生长在复杂多变的土壤环境中，小同时期根系的生长发育受土壤紧实度，水分、养分分布等因素的影响而存在差异，且受限于土壤的不透明和小稳定性，更多水稻根系的三维建模研究主要停留在根系基本指标与非环境因素（如土层深度、时问）的统计拟合及单环境因子对水稻根系生理生态的影响上，而根系与多环境因子动态交互方面的研究较少。
在高度非结构化的根系数据处理困难的情况下，探究水稻根系与环境的动态转化过程及根系生长与多环境因子的定量关系模型将成为未来根系三维建模研究的重要方向，为构建更具真实意义的可视化模型提供基础。
关键词：水稻根系;探测方法;三维重构;环境一根系模型中图分类号：S 511文献标志码：A文章编号：1008-03 84（2021）08-0972-09Visualization of Rice Root System by 3D Modeling： A ReviewWU Panpan 1， TANG Zizong 1， YANGLe 1.2*， Peng Jun 1. Zhang Huanhuan 1， Shi Junlin l（ I. College of Computer Information and Engineering， Jiangxi Agricultural University Nanchang， Jiangxi 330045， China;2. Key Laboratory of lnformation Technology in Agriculture for Colleges and Universities in Jiangxi Province， Jiangxi AgricultureUniversity， Nanchang， Jiangxi330045. China）Abstract： As an organ that extracts water and nutrients from the soil. the root system is vital for a rice plant. Establishing a 3Dmodel to visualize the system structure can materially help the studies on the morphology and functional traits of the roots.Recent advancements in the computerized and non-invasive technologies make the information digitization for scientificresearch increasingly accessible and significant progresses possible. For instance， utilizing hand drawings and computertomography （CT）， mathematical models were built to vividly simulate the configuration of unearthed root system. Since dataacquisition that proceeds model building is essential for an accurate and reliable representation. this article compares andanalyzes the principles and characteristics of two classes of detection methods for information collection on the rootsystems.These methods can be either destructive or in-situ in applications depending upon whether or not the original growthenvironment was interrupted or destroyed. The 3D modeling and visualization of rice root system is explained in this articlefrom the aspects of manual observation and measurement， machinery vision. 3D digitization by optical instruments. andtomography， etc. The mainstream reconstruction technologies are classified， compared， and analyzed with respect to the prosand cons on the resulting effect as well as the cost and ease of operation. Since environmentalconditions are ever-changing. thedevelopment of a root system is invariably complex and varied. The affecting factors include the firmness. moisture content.and nutrients distribution of the soil a plant grows on. In addition. the non-transparency and instability of soil has so farhindered the related studies and confined to the fundamental and non-enviromuental elements. such as. depth of layer and time，for statistical analysis. Consequently， few reports dealt with the dynamic interactions among the multi-environmental factorsthat effect on the root development are available. Evidently， in the foreseeable future. the newly developed modeling andvisualization technologies would usher in innovative applications and deep understanding in the field of study.Key words： Rice root system： detection method： 3D reconstruction; root system-environment model1绪论水稻是重要的粮食作物之一[1]，根系作为水稻的重要器官可直接影响其水分和养分的吸收能力，并通过与土壤的相互作用影响其生产效率[2-3]。
Web3D虚拟现实平台在收割机零部件设计中的应用
Web3D虚拟现实平台在收割机零部件设计中的应用0 引言基于Web3D的网络虚拟现实技术，是随着互联网与虚拟现实技术的发展而产生的，目的是在网络特别是互联网上建立三维的虚拟世界。
目前，网络化虚拟现实技术在电子商务、远程教育、工程技术及计算机辅助设计等领域已经获得了广泛的应用。
近几年，基于Web3D的网络化虚拟现实技术有了长足发展和进步，出现了10种以上用于网络的虚拟现实平台制作软件，在渲染的速度、图像品质、造型技术、交互性、数据的压缩与优化上有了较大的进步。
在农机设计过程中，如果将设计模型在设计人员之间及客户与设计人员之间进行交流交互，可以大大提高农机零部件的设计效率，使设计效果可以实时、可视化地呈现在人们的面前，对于现代农机设计技术的发展具有重要的意义。
1 基于Web3D的虚拟展示技术Web3D技术一般是指基于互联网的三维图形技术，与Web3D相关的技术目前有很多种，在进行拖拉机零部件Web3D虚拟展示时，可以根据设计需求，选择合理的主流虚拟展示技术。
目前，主流的虚拟展示技术主要有3种，包括VRML技术、Cult3D技术和Java技术。
1)VRML技术。
VRML技术是虚拟现实建模语言的缩写形式，利用这样语言形式可以开发交互式的多媒体标准文件。
VRML 语言不受平台的限制，能够为用户创建一个可进入、可参与的交互性的三维世界，可以在计算机上展示生动逼真的三维立体效果，将平面转换为立体世界，其与现实的逼真效果主要受网络传输能力和Internet客户端的硬件水平所影响。
采用VRML语言可以创建不同级别的应用，由于这种优势使其在教育、工程设计和娱乐等领域得到了广泛的应用。
2)Cult 3D技术。
Cult3D是一种新的Web3D技术，利用现有的计算机技术将3D展示功能分为两部分。
其中，一部分为3D素材的编写，一部分为3D 素材的解读，并将解读后得到的结果与Html实现无缝拼接，可以将质量较高的图像快速的发送到用户端，还可以实现跨平台传输，是一种交互能力较强的3D 引擎。
水稻植株形态建成的模拟模型研究
水稻植株形态建成的模拟模型研究水稻植株生长过程的动态模拟，对实现水稻生长的数字化和可视化表达具有重要的理论意义和应用价值。
本研究基于水稻生长发育规律，以热时间为主线，通过连续观测不同氮素和水分水平下不同类型品种水稻地上部器官的形态特征，综合研究了不同处理条件下水稻各器官生长发育的动力学过程及其受氮素和水分因子的影响，构建了水稻植株各器官形态建成的模拟模型，具有较好的解释性和预测性，从而为进一步建立虚拟水稻生长系统奠定了基础。
本研究以不同氮素和水分水平下不同类型水稻品种的两年田间试验为基础，通过连续观测不同处理条件下水稻主茎和分蘖叶片形态指标(包括叶长、叶宽和叶形)，综合分析了水稻叶片形态指标随生育进程和环境条件的变化规律，并构建了水稻叶片生长过程的动态模拟模型。
水稻叶片的伸长过程符合S型曲线，采用Logistic方程描述了水稻主茎及分蘖叶片随生长度日(GDD)的动态伸长过程；采用一元二次方程描述了主茎叶长变化特征，并利用水稻分蘖与主茎同伸叶片叶长比值的二次曲线关系描述了分蘖叶长变化特征；利用二次曲线描述了叶宽随GDD的动态变化过程；分别用幂函数和一元二次方程描述了叶形(不同叶长处的叶宽)的动态变化过程；另外，以叶片含氮量和含水量分别描述了不同水氮水平对叶片形态建成过程的影响。
然后，利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了测试和检验，主茎及分蘖不同GDD时刻叶长、最终叶长的均方根差(RMSE)分别为0.75cm、0.96cm、0.82cm、0.88cm；主茎及分蘖不同叶长处叶宽预测的均方根差分别为0.71cm、0.79cm。
基于不同处理条件下水稻主茎和分蘖不同叶位叶片茎叶夹角和叶曲线特征，通过定量分析水稻叶片夹角的动态变化规律和叶片的受力模式，建立了水稻茎叶夹角随生育进程和环境条件的变化的动态模拟模型并推导了叶曲线方程，进行了影响系数的参数化和方程求解。
另外，以叶片含氮量和含水量分别描述了不同水氮水平下夹角变化对叶曲线变化过程的影响。
水稻根系生长动态模拟模型及可视化表达
水稻根系生长动态模拟模型及可视化表达杨乐;万韵【摘要】To build the dynamic simulation model for rice root growth and to achieve visualization of the root system,this paper uses Ganxin203 as experimental material,and analyses morphological features and growth characteristics of rice root by “root box”experiments.According to the morphological structure characteristic of self-similarity of rice root,using logistic equation analyses of the rice root growth rule,this article designs the L-system of rice root system and in visual C++ 6.0 using OpenGL technology to achieve the 3D visual simulation of rice root.The results show that the model behaves well to express the continue growing of rice root,and provides references for visualization studies in other crops.%为了构建水稻根系生长动态模拟模型，实现根系可视化仿真，以淦鑫203作为实验材料，设计“根箱法”试验，分析水稻根系形态特征与生长特性.根据水稻根系形态结构具有自相似性的特点，基于逻辑斯谛方程提取水稻根系生长规则，设计了水稻根系L-系统，并采用Visual C＋＋6．0和OpenGL标准图形库，实现了水稻根系生长的三维可视化模拟.检验结果表明，该模型可以很好地模拟水稻根系连续生长的效果，同时也有助于为其他作物根系的可视化研究提供参考.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2016(033)008【总页数】4页(P37-40)【关键词】水稻根系;模拟模型;L-系统;三维可视化【作者】杨乐;万韵【作者单位】江西农业大学计算机与信息工程学院，江西南昌 330045; 江西省高等学校农业信息技术重点实验室，江西南昌 330045;江西农业大学计算机与信息工程学院，江西南昌 330045; 江西省高等学校农业信息技术重点实验室，江西南昌 330045【正文语种】中文【中图分类】S511;TP391.9水稻根系没有类似主茎、叶片等具有较为突出的生长特征(如节等)[1],所以定量化(如基本单元的划分等)水稻根系的结构比较困难。
水稻作物模型虚拟仿真教学系统的构建
水稻作物模型虚拟仿真教学系统的构建杨沈斌;江晓东;赵小艳【摘要】In order to meet the needs of the practice teaching for the Crop Growth Model course,a virtual simulation teaching system with the rice crop model as an example is developed by using the hybrid programming method of Visual C#.NET and Matlab.This system includes four parts such as the crop knowledge,test methods,modeling and assessment exercises,which is published in the form of a website and is convenient for students to carry out the online learning and model operation through the browser login system.This virtual simulation teaching system has become an important practice platform for the Crop Growth Model course,which effectively improves students' ability in the crop modeling,crop model operation,etc.%为满足作物生长模型课程实践教学的需要,采用Visual C #.NET 和Matlab混合编程方法,开发了以水稻作物模型为例的虚拟仿真教学系统.系统包含作物知识、试验方法、模型建模和考核练习4部分,以网站形式发布,方便学生通过浏览器登录系统进行在线学习和模型运行操作.该虚拟仿真教学系统已成为作物生长模型课程的重要实践平台,有效提高了学生在作物模型建模和模型运行等方面的能力.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2018(035)002【总页数】5页(P112-116)【关键词】实验教学;水稻生长模型;混合编程;数学建模【作者】杨沈斌;江晓东;赵小艳【作者单位】南京信息工程大学大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心,江苏南京 210044;南京信息工程大学大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心,江苏南京 210044;南京信息工程大学大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心,江苏南京 210044【正文语种】中文【中图分类】S511;TP391.9中国是水稻种植大国，水稻产量关系国民经济的健康发展。
基于SPAD值的水稻叶色变化过程可视化模拟
基于SPAD值的水稻叶色变化过程可视化模拟孙爱珍;杨红云;何火娇【摘要】SPAD value and RGB value of rice leaf are observed experimentally. The relationship model between SPAD values and RGB value of leaf image is analyzed and constructed, the R2 is 0.9328, 0.8331, 0.5623 respectively. This shows that there is a correlation between SPAD and leaf color. By analyzing the SPAD value changed over the leaf surface and leaf growth time, SPAD value in different parts of leaf is calculated according to the interpolation principle, and RGB value is calculated according to the relational model. And through Microsoft's Direct3D9. 0 graphics library and vc++programming, it achieves the rice leaf color change process visual simulation based on the previous 3D model of rice leaf, and realistic strong effect.%通过试验观测水稻叶片SPAD值与叶片图像的RGB值,分析并构建了SPAD值与叶片图像的R、G、B分量值之间关系模型,模型判定系数分别为0.9328、0.8331、0.5623,表明SPAD与叶片颜色之间存在相关性.通过对SPAD值随叶片表面空间和时间的变化分析,利用插值原理计算出叶片不同部位的SPAD值,根据关系模型计算生成叶片的RGB值.并通过微软的Direct3D9.0图形函数库和vc++编程,在前期水稻叶片三维模型的基础上,实现了水稻叶片颜色变化过程的可视化模拟,真实感效果较强.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2017(053)011【总页数】4页(P233-236)【关键词】水稻;叶色;SPAD值;可视化【作者】孙爱珍;杨红云;何火娇【作者单位】江西农业大学软件学院/江西省高等学校农业信息技术重点实验室,南昌 330045;江西农业大学软件学院/江西省高等学校农业信息技术重点实验室,南昌 330045;江西农业大学软件学院/江西省高等学校农业信息技术重点实验室,南昌 330045【正文语种】中文【中图分类】TP391.4随着信息技术在农业领域中的不断发展，植物生长过程的数字化和可视化表达显得尤为重要和必要[1]。
水稻稻穗可视化模拟研究及其实现
基金项目江西省教育厅科技项目（赣教技字[2005]96号）；江西省科技厅农业攻关项目（赣财教字[2006]188号）。
作者简介杨红云（1975-），男，江西新干人，硕士，讲师，从事虚拟农业技术研究。
收稿日期2007-10-12稻穗是水稻的结实器官，是产量形成的关键。
因此，众多学者开展了稻穗分化形成规律、产量构成要素之间的关系等研究，为水稻的高产栽培提供了决策依据。
在穗结构特征分析方面，一些学者进行了穗粒分布的定性描述，明确了穗结构中的稳定性状和易变性状以及不同基因型的穗结构特征[1-2]。
另外，一些学者还进行了稻穗结构的分形分析和三维重建等虚拟研究[3-4]。
但将水稻稻穗描述成计算机可以控制的模型则比较困难，关于水稻稻穗几何造型和虚拟稻穗数字化设计方面的研究还鲜有报道。
笔者采用的方法主要结合计算机图形学和数学方法来实现对稻穗的建模和可视化，构建普适性的稻穗形态模型。
采用VC++结合OpenGL 在微机上实现了水稻稻穗的三维结构，具有较强的真实感，为水稻稻穗研究提供一种新的手段。
1水稻稻穗的形态特征稻穗是圆锥花序，由主轴、枝梗和小穗组成。
穗中轴为主轴，底端连接植株主茎，主轴上生长的次枝为第一次枝梗，第一次枝梗再分生出小枝为第二次枝梗，三、四次枝梗较少发生，因而不予考虑。
由主轴顶端各节、一次枝梗顶端各节与二次枝梗的节上生出小穗梗，顶端着生小穗即谷粒。
一次枝梗、二次枝梗以及小穗均以约144°的角度螺旋状绕其着生轴生长[5]。
2水稻稻穗三维形态的几何造型描述根据水稻稻穗的主要形态结构特征，笔者将从主轴造型、枝梗轴造型以及小穗几何造型三个方面对水稻稻穗进行数学描述和建模。
水稻稻穗穗型主要分为直立穗型和弯曲穗型，直立穗型的三维形态描述相对简单，笔者主要以弯曲穗型为研究对象。
2.1稻穗穗轴造型稻穗穗轴几何模型主要描述稻穗的空间弯曲姿态和一次枝的着生位置。
将穗轴的空间姿态用空间曲线来描述，即穗轴曲线。
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基于Web3D 的交互式虚拟水稻主茎模型
研究报告
(一) 引言
随着计算机图形学和计算机技术的发展，通过虚拟作物在三维空间中的形态结构及生长发育过程，以可视化的方式获得作物生长过程中的各参数的动态数据，可更好地帮助人们理解作物的生长发展变化，具有真实感、可交互操作等特点。
虚拟作物的研究在农业科研、教学、生产、规划、农业资源配置等方面展示了良好的应用前景。
虚拟水稻是虚拟作物的一个研究方向，目前国内外研究水稻生理生态模型较多，而且已经建立了较成熟的水稻生理。
但从可视化角度出发，在Web 网页上研究交互良好的水稻虚拟模型的报道还很少。
本文采用Java3D 技术,结合Web 开发技术在网络页面实现了水稻结构器官形态的三维可视化模拟显示和交互控制，具有较强的真实感，可控性强，为进一步进行水稻和其它作物的虚拟研究提供一种新的思路。
本研究以现有的水稻形态结构器官模型为研究起点，探索利用计算机图形学技术和Web 技术实现在计算机浏览器上以多角度、交互可控的方式呈现水稻植株形态的三维可视化表达，实现虚拟水稻作物的研究和应用网络化。
该项研究是数字农业关键技术的研究基础，对促进我国农业信息化的发展有着重要的意义。
(二).开发环境：
1.Jdk 运行时；
2.java 运行时至少能支配150M 内存 (三) JA V A3D 重建水稻器官模型
Java3D 是SUN 公司推出的、面向 Internet 的三维动画程序语言。
通过在网页上插入用Java3D 编写的Applet ，就能让浏览网页的用户感受到逼真的三维动画效果。
Java3D 采用基于场景图(Scene Graph)的编程模型， 提供了大量 Java3D 类 ，开发者可以通过实例化这些类创建各种Java3D 对象。
1 水稻结构器官模型
水稻主茎地面形态结构主要由水稻叶片、叶鞘、茎和稻穗等器官构成，笔者通过对水稻叶、茎、叶鞘和稻穗的观测研究，构建了基于器官形态特征参数的精确几何造型算法，用于各器官的几何建模，水稻主茎地面各个结构器官模型如图1所示。
2.水稻模型场景结构视图
Java3D 采用场景图(Scene Graph) 作为数据结构。
场景图属于一种称为有向无环图的类似于树的数据结构，它是对系统中所有图形对象及属性的完整定义，并和用于显示场景绘制图像的AWT 组件相关联。
场景图一般可分为:观察分支 (用来建立场景视图) 和内容分支(用来表示虚拟世界的图形内容)。
内容分支以一个
BranchGroup 节点为根,其它的节点可以附属到此根节点上来完成虚拟世界的构造。
其中Shape3D 节点中存放三维形体几何信息及其外观属性。
形体的位置由TransformGroup 节点来设定。
有了这些基本信息,就可以构建一个三维场景图了。
由于在Java3D 中只有BranchGroup 节点能被其父节点更改，为了提高水稻结构器官显示的交互可控性，在
(a)叶片 (b)茎 (c)叶鞘 (d)穗轴 (e)谷粒 图1 水稻结构器官形态模型 (a) (b) (c) (d) (e)
创建水稻模型时，为每个水稻器官模型首先创建了一个BranchGroup结点，再创建TransformGroup子节点，最后生成外形和几何形状，其场景结构模型视图构建如图2所示。
图2 水稻场景结构图
(三) 在页面中实现交互控制
1. Java3D嵌入页面
Java3D一个最大的特性是可以使用Applet作为显示容器，在Applet中显示3D图形和在网页文件中（HTML/JavaScript）嵌入该Applet，从而实现三维Web的可视化显示。
但由于Java 3D是对java的扩展，它的applet嵌入到网页时需要做一个特殊的转换，变成以<object><embed>方式定义的页面，这个转换需要用到sun提供的HtmlConverter工具来完成.
本系统采用javaScript脚本来控制与Java3D程序的参数传递，这样就避免了Jsp参数传递时对网页的刷新而引起的Java3D程序的重新载入。
为了网页的美观和实用，在网页设计时嵌入了两个ifram帧框架，左框架为input框架，用来输入水稻器官形态结构参数数据，右框架为riceMode框架，用来显示Java3D重建的水稻器官模型。
2.Input框架与riceMode框架的参数传递
Input框架对object的控制可以通过帧框架间的引用，然后通过dom对象访问object实例，从而实现对java3d 程序的参数传递和控制。
在js和java中变量的传递，由于js采用弱类型的变量形式，可以认为js中的变量都为String类型，而只有使用和赋值时才转换成相应的数据类型，这样在Java3D中可以通过对String类型的转化及将其它的类型转化为String来实现js和java中变量的传递。
对于返回值的控制，由于不同浏览器对js函数返回值的要求不同，返回数组经常在一些浏览器中无法显示，所以这里我们将Java3D中所有的返回值都拼接成一个字符串，在js中通过对返回字符串的拆分（split方法），从而得到我们想要的数据。
对input框架的初始值设置，由于不同框架的显示速度不同，往往input框架先于riceMode框架显示完成，而使得input框架无法访问object实例，造成网页错误，甚至无法显示。
本文采用让object框架加载完成后刷新input框架，并通过js得到水稻主茎器官模型的初始参数。
3.鼠标交互功能的实现
在 Java3D的环境中进行操作时 ,系统提供的鼠标旋转操作只能绕三个坐标轴同时旋转，不利于对水稻器官模型的观察。
在本系统中，设计鼠标左键拖动实现水稻器官模型绕y轴旋转，鼠标右键拖动对象绕x轴旋转。
在JAVA3D的工具类中提供了通过对鼠标的输入进行交互的MouseBehavior类，它定义了其对象所有的公共
属性，并初始化了其内部状态以及指定了初始的鼠标行为唤醒条件。
当该MouseBehavior的所有唤醒条件被满足时，它调用processStimulus()方法来接收和处理鼠标消息并建立新的唤醒条件。
MyMouseRotate类继承自MouseBehavior，并重载了processStimulus()方法。
在MyMouseRotate中，定义两个布尔变量boolean LButtonPressed和boolean RButtonPressed来判断鼠标左右键按下标志，默认值为false。
在processStimulus()方法中，当鼠标按下和释放时，先判断事件源是左键还是右键，并将相应的属性值更改，在鼠标拖动时通过根据LButtonPressed和RButtonPressed的真假来对在构造方法中传递进来的根转换节点，通过旋转变换矩阵实现绕根转换节点指定轴的旋转。
(四) Web中的水稻器官三维可视化
从页面左边input框架，选择水稻器官参数输入面板，输入水稻器官形态结构参数数据，可以控制水稻各器官的几何造型。
设置完成各个器官的形态结构参数，在右边riceMode框架中即可实时显示Java3D重建的水稻主茎整体模型。
同时在riceMode框架中通过拖动鼠标左右键来旋转水稻主茎模型，可观察显示模型的不同侧面。
系统模型在IE浏览器中显示的效果如图3所示。
图3 系统运行效果图
(五) 结论
1. 本研究采用Java3D重建了水稻作物的三维模型，并以Applet 程序的形式在网上发布,实现了水稻三维模型在异地的平移、旋转、缩放等浏览方式以及参数化水稻器官模型的控制，为水稻植株形态模型的研究提供一个远程三维可视化系统平台。
2. 利用该系统研究水稻生长过程，可不受距离、时间、季节和天气等环境因素的影响。
为进一步进行水稻生长过程模拟、虚拟水稻病虫害以及虚拟育种等研究奠定了基础。
3.本研究能够为农业院校的教学、科普教育和远程教育提供多媒体课件和三维可视化系统平台，适用于大学教学、科学技术普及和农业技术推广等，使受教育者能够较好地掌握水稻结构器官生长过程。
随着Java3D 硬件技术的改进,三维模型技术的发展,虚拟现实技术的研究,这种基于Java 的Web3D 虚拟作物研究和开发技术将获得更大的发展空间
（六）使用说明
打开网页就可以运行。