Web4D虛擬農(nóng)業(yè)發(fā)展綜述
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1虛擬農(nóng)業(yè)的相關(guān)概念
1.1實景貼圖
模型看著像照片，其實模型表面貼圖確實是照片，是用高分辨率影像設(shè)備拍攝的，次序是：建好模型→實景原型拍照→模型貼圖。這里需要理解的是，照片貼圖是二維平面圖，但在建模環(huán)境中進(jìn)行貼圖時，二維貼圖會根據(jù)三維模型的表面形狀而附著在模型上，產(chǎn)生逼真的3D效果，這種效果是4D虛擬引擎的渲染引擎實現(xiàn)的。
1.2對象、屬性、方法、事件
在大規(guī)模農(nóng)業(yè)建模中，涉及到很多農(nóng)業(yè)事物，包括：場景、農(nóng)田、樹木、花、草、作物、牲畜、農(nóng)機(jī)、溝渠等，單個事物就是一個對象，具有相應(yīng)的屬性、方法和事件。在建模環(huán)境中，模型由巨量的點(diǎn)、線、面組成，而這些點(diǎn)、線、面在空間是有相對應(yīng)坐標(biāo)數(shù)值的，該模型是可操控的，模型中相應(yīng)信息的顯示、計算是沒有問題的。
1.3被動模型與主動模型
被動模型是應(yīng)用模型庫所提供的對象生成的，只能部分反映或不反映現(xiàn)實真實情況，而主動模型則是根據(jù)實地勘測真實場景應(yīng)需制作的。在農(nóng)業(yè)科研中，需要的是主動模型，真實再現(xiàn)實地情況，模型能夠真實反映現(xiàn)實，對推理、決策等具有更好的支持作用。
1.4Web交互中的實時性
在B/S結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)直接傳輸大量圖像信息的做法已經(jīng)被摒棄，這樣做會導(dǎo)致不連貫、嚴(yán)重的滯后、卡屏等情況?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)交互采用了B/C/S的方式，客戶端需要事先下載龐大的應(yīng)用軟件，進(jìn)行安裝，軟件會應(yīng)需隨時更新補(bǔ)丁，網(wǎng)絡(luò)交互的僅僅是相應(yīng)圖像、模型的文本編號信息，模型的運(yùn)行都在本地進(jìn)行。
1.5航拍即時建模
要使用到航拍飛機(jī)、3D數(shù)字化儀、3D數(shù)碼相機(jī)、3D攝像機(jī)等硬件設(shè)備。3D數(shù)字化儀發(fā)展很快，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，2012年實地對麥穗建模進(jìn)行了測試，當(dāng)時的產(chǎn)品還是不錯的，所建模型比較清楚，麥芒也清晰可見，噪聲小。多臺3D數(shù)碼相機(jī)配以專用的鏡頭多角度同時拍攝，然后由相應(yīng)軟件依據(jù)多角度拍攝的照片進(jìn)行建模。這項技術(shù)很實用，如上海浦東的城市建模只用一個月左右就完成了，質(zhì)量很高；張家界旅游景區(qū)建模也較精致，山、水、花、草都很逼真，可以應(yīng)用在虛擬農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，先進(jìn)行大范圍虛擬建模，需要突出的模型在相關(guān)軟件中進(jìn)行精修，然后賦以屬性、方法、事件即可。費(fèi)用2012年是2萬元/km2，價格視建模對象的復(fù)雜程度而定。
1.6模型外形與內(nèi)部，以及環(huán)境因子互相作用影響關(guān)聯(lián)
目前主要偏重于外觀形態(tài)的建模，內(nèi)部模型、內(nèi)部機(jī)理以及與周圍環(huán)境因子相互作用的定性、定量關(guān)系可以局部或單株深入進(jìn)行研究，但不是主要方向。
1.7畫法建模
靠復(fù)雜的算法畫出一個模型來，是眾多研究人員的研究方向和成果，但4D引擎的開發(fā)不完全是這樣的，更多的是靠前一層軟件的支撐，做出一個模型，前一層軟件則外部接口明確，技術(shù)細(xì)節(jié)封裝，然后貼圖渲染著色打光，形成種類豐富即取即用的模型庫。
24D虛擬引擎
目前國內(nèi)外市場上的虛擬4D引擎多達(dá)上百種，上圖市場容量為市場總?cè)萘康囊徊糠?，為所有這些引擎的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用之和，其中orge是免費(fèi)的，但使用有更嚴(yán)格的限制。4D引擎包含以下系統(tǒng)：渲染引擎、物理引擎、碰撞檢測系統(tǒng)、音效、腳本引擎、電腦動畫、人工智能、網(wǎng)絡(luò)引擎以及場景管理引擎等。建模技術(shù)確實是逐步發(fā)展起來的，在Opengl和DirectX這2個API基礎(chǔ)上發(fā)展到3DMAX、MAYA、Softimage、AutoCAD等到現(xiàn)在的4D虛擬引擎。這是因為如果直接采用底層的建模技術(shù)（比如Vc6.0+Opengl或者現(xiàn)在的.net+Opengl），跳過中間的2層，建模將十分困難，所建模型也很失真。目前針對虛擬農(nóng)業(yè)的4D引擎很少，有的引擎也不好用，建立的模型真實感不夠強(qiáng)。出于農(nóng)業(yè)科研的考慮，自主知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)一個引擎也是可以考慮的一個立項依據(jù)，但開發(fā)引擎投入巨大，周期長，難度高，并且需要強(qiáng)力的市場經(jīng)濟(jì)驅(qū)動力，需要綜合考慮這些因素。如果引進(jìn)，需要考慮實際需求，引擎的購買和授權(quán)使用價格十分昂貴，便宜的不好用而又限制太多。各個引擎的功能各有側(cè)重。以unreal為例，授權(quán)使用費(fèi)用高達(dá)240萬元以上，如果開發(fā)的系統(tǒng)用于商業(yè)，那么還要收取利潤所得的30%，而國內(nèi)的涂鴉引擎授權(quán)使用費(fèi)用也高達(dá)40萬元。
3結(jié)語
（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)軟硬件發(fā)展是有跡可尋的，遵循一定的客觀規(guī)律，跳躍式發(fā)展基本是不現(xiàn)實的（除非有時可以資金換技術(shù)），發(fā)展層次關(guān)系非常清楚，最終能夠在虛擬農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用自如，還是需要底下一層層技術(shù)體系支撐起來的。
（2）軟件、硬件更新?lián)Q代很快，基本5a一代，沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，非常被動，尤其是硬件，有的軟件還可以升級。
（3）選擇合適的4D引擎很難，由于引擎?zhèn)戎攸c(diǎn)不同，需要綜合考慮各種因素，并不是隨便一個4D引擎拿來就可以進(jìn)行虛擬農(nóng)業(yè)工作的，不合適的引擎只會費(fèi)時費(fèi)力，導(dǎo)致所建模型失真。
作者：崔曉陽 單位：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所