虚拟农业技术及其应用

虚拟农业技术及其应用

作者：李敏郭小粉王应君陈新林李磊陈伟

来源：《农学学报》2014年第11期

摘要：虚拟农业技术是一个新的研究方向，是虚拟现实技术与农业科学相结合的产物，

开辟了农业技术研究的新途径。它将改变传统的农业生产、科研及教学方式，其发展前景将会带来巨大的经济效益。通过对虚拟农业技术的概述，深入探讨了虚拟农业技术的应用范围，并对虚拟农业的发展方向进行展望。

关键词：虚拟农业；农业技术；虚拟现实；虚拟实验；农作物

中图分类号：S-3 文献标志码：B 论文编号：2014-0713

Virtual Agriculture Technology and Its Application

Li Min， Guo Xiaofen， Wang Yingjun， Chen Xinlin， Li Lei， Chen Wei

（Henan Vocational College of Agriculture， Zhengzhou 451450， Henan， China）

Abstract： Virtual agriculture technology is a new research direction， is a virtual reality technology and the combination of the agricultural science， it opens a new way of agricultural technology research. It will change the traditional mode of agricultural production， scientific research and teaching， its prospects for development will bring huge economic benefits. Through the overview of virtual agriculture technology， the application range of the virtual agriculture technology was discussed， and the paper pointed out the development direction of virtual agriculture.

Key words： Virtual Agriculture； Agricultural Technology； Virtual Reality； Virtual Experiment； Crops

0 引言

虚拟农业是由虚拟现实延伸而来的，虚拟农业技术是农业现代化的发展趋势与客观要求，是计算机技术在农业领域应用的更高境界。在计算机辅助下，将现代化信息技术与农业科学相结合，开辟了农业技术研究的新途径，是虚拟技术研究的一个重要领域。

随着农业问题研究的进展与虚拟现实技术的广泛兴起，虚拟农业技术的应用已成为现代化农业信息的重要手段，也是提高农业资源管理和农业生产力水平的最有效工具。作为农业大国，虚拟农业技术的应用与研究具有重大的意义，它将极大地推动着中国的农业生产、新产品研发、病虫害研究以及农业科研、教学等领域。

1 虚拟农业技术概念

1.1 虚拟现实

1989年美国的nier最早提出虚拟现实技术（Virtual Reality，缩写为VR）又称灵境技术或幻境技术。是一种高新的人—机界面形式。它依托于数学﹑计算机科学﹑机械学、声学、力学、生物学﹑光学乃至社会科学和美学等多种学科，在计算机图形学﹑智能接口技术﹑图像处理与模式识别、多传感技术、人工智能技术、网络技术、语音处理与音响技术、高性能计算机系统和并行处理技术等基础上迅速发展起来的信息技术[1]。目前，该应用已涉及教育培训、科研、军事、工程设计、影视、医学、商业等众多领域，是专家学者们公认的能促使21世纪社会发展巨大变化的几大技术之一[2]。

在期刊《国际虚拟现实》上，虚拟现实的含义为：使人可以操纵其内的物体，犹如身临其境，它是一个虚拟世界的计算机系统[3]。

1.2 虚拟农业的概念

虚拟农业（Virtual Agriculture）是从虚拟现实、虚拟植物建立，用虚拟现实技术与可视化技术模拟植物，在计算机上土壤物质的吸附，迁移，排放的成长过程中表达的遗传物质异化、同化的计算机虚拟现实，采取人为干预，对这些过程中各种应激作用条件下的研究[4]。具有交互操作、易现实的特点，它是农业信息化重要研究领域之一。

1.3 虚拟农业的优势

虚拟农业的优势主要体现在3个方面：一是模拟农药从喷雾器中喷出后的空间运行轨迹以确定农药的最佳喷施方法；二是判别植物群体精确定量化研究利于计算植物群体空间中光通量精确值；三是通过改变植物形状与叶子形态让害虫无处藏身、觅食，以此减少害虫侵害从中找到最佳栽培方式。虚拟农业技术甚至能直观地研究复杂的生态系统，如农田、森林等，从中发现难以观察到的规律。结合生物学技术，为植物基因改良以及植物株型设计提供依据，加强人们对植物生命和植物生理的了解。

1.4 虚拟农业的意义

虚拟农业由于虚拟对象不同，与之相对应的系统也不同。但都涉及虚拟对象，虚拟环境，认知水平以及相互间的作用关系等，是农业知识与现代化信息技术的综合体现。尽管虚拟农业的过程非常复杂，但它彻底改变了传统的教学方式和科研方法，为发展农业带来了巨大的经济效益。

虚拟农业改变了中国乃至全世界几千年凭传统经验的种植模式，它是一个定量化的研究过程。它不仅可以模拟作物满足最大经济效益产量时的株型，为作物育种工作指明方向。还可以最大程度缩短育种年限，能在几秒钟内完成模拟作物生长的全过程。

虚拟农业可以模拟不同作物和同种作物之间的间作、连作、套作等相互作用、交互影响，为作物合理耕种、合理搭配提供理想的规划。虚拟农业的模拟使课堂学习形式更形象化、直观化。从而使学生们以及各位学者更好的掌握、理解现代农业知识。

经济效益方面，虚拟农业替代了现实生活中难以实现的费力、费时的试验。在过去的几十年里，虚拟植物的研究与应用已经有了长足发展并取得了相当大的成就。新西兰Holt开发出虚拟几维果树系统，能几秒钟摸拟出植物的发芽﹑生长﹑抽枝﹑展叶﹑开花﹑结果﹑果实成长等整个生长周期，不用费长时间实地种植即可观察分析。还可以计算出虫咬叶片后所向果实输送糖量受到的影响。

在农业科技推广和教育教学领域，与其他智能化农业软件系统相结合，可建立虚拟农场，可直观生动的对农田﹑森林等复杂的生态系统研究，从而探索科学规律和奥秘。还可以通过改变环境条件和栽培方式，观测植物生长过程及最终结果[5]。从而节约大量的物力，人力。近年来，虚拟现实技术在农业领域的研究越来越重要。从虚拟植物，虚拟环境的探索和研究可以看出，虚拟现实技术将被广泛应用于农业领域，并带来新的理念和技术，为农业生产和农业科学的发展提供新途径。

2 虚拟农业技术的应用

2.1 虚拟实验

虚拟实验是指借助于虚拟现实、多媒体与平台仿真等技术，在计算机上营造部分替代、可辅助的，甚至是全部替代的传统实验，以及其各种操作环节相关的软件与硬件操作环境，使实验人员犹如在真实环境中一样实验各种项目，将得到的实验效果完全等价甚至是优越于真实环境中所取得的效果[6]。

虚拟实验注重的是实验过程的交互与实验结果的真实性，它建立在虚拟实验平台之上，开展虚拟实验教学不仅能够突破传统实验的“时、空”限制，而且能有效缓解大部分高校普遍面临的实验器材陈旧、型号落后、设备不足等方面的困难和压力。从而使老师和学生们随时随地通过键盘鼠标进入虚拟实验室，进行各种实验，操作各种仪器，以此提高实验教学质量[7]。

2.2 虚拟育种