Web4D虛擬農業發展綜述

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1虛擬農業的相關概念

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，但在建模環境中進行貼圖時，二維貼圖會根據三維模型的表面形狀而附著在模型上，產生逼真的3D效果，這種效果是4D虛擬引擎的渲染引擎實現的。

1.2對象、屬性、方法、事件

在大規模農業建模中，涉及到很多農業事物，包括：場景、農田、樹木、花、草、作物、牲畜、農機、溝渠等，單個事物就是一個對象，具有相應的屬性、方法和事件。在建模環境中，模型由巨量的點、線、面組成，而這些點、線、面在空間是有相對應坐標數值的，該模型是可操控的，模型中相應信息的顯示、計算是沒有問題的。

1.3被動模型與主動模型

被動模型是應用模型庫所提供的對象生成的，只能部分反映或不反映現實真實情況，而主動模型則是根據實地勘測真實場景應需制作的。在農業科研中，需要的是主動模型，真實再現實地情況，模型能夠真實反映現實，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結構中，網絡直接傳輸大量圖像信息的做法已經被摒棄，這樣做會導致不連貫、嚴重的滯后、卡屏等情況。現在的網絡交互采用了B/C/S的方式，客戶端需要事先下載龐大的應用軟件，進行安裝，軟件會應需隨時更新補丁，網絡交互的僅僅是相應圖像、模型的文本編號信息，模型的運行都在本地進行。

1.5航拍即時建模

要使用到航拍飛機、3D數字化儀、3D數碼相機、3D攝像機等硬件設備。3D數字化儀發展很快，電子產品更新換代很快，2012年實地對麥穗建模進行了測試，當時的產品還是不錯的，所建模型比較清楚，麥芒也清晰可見，噪聲小。多臺3D數碼相機配以專用的鏡頭多角度同時拍攝，然后由相應軟件依據多角度拍攝的照片進行建模。這項技術很實用，如上海浦東的城市建模只用一個月左右就完成了，質量很高；張家界旅游景區建模也較精致，山、水、花、草都很逼真，可以應用在虛擬農業領域，先進行大范圍虛擬建模，需要突出的模型在相關軟件中進行精修，然后賦以屬性、方法、事件即可。費用2012年是2萬元/km2，價格視建模對象的復雜程度而定。

1.6模型外形與內部，以及環境因子互相作用影響關聯

目前主要偏重于外觀形態的建模，內部模型、內部機理以及與周圍環境因子相互作用的定性、定量關系可以局部或單株深入進行研究，但不是主要方向。

1.7畫法建模

靠復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，技術細節封裝，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

目前國內外市場上的虛擬4D引擎多達上百種，上圖市場容量為市場總容量的一部分，為所有這些引擎的虛擬現實應用之和，其中orge是免費的，但使用有更嚴格的限制。4D引擎包含以下系統：渲染引擎、物理引擎、碰撞檢測系統、音效、腳本引擎、電腦動畫、人工智能、網絡引擎以及場景管理引擎等。建模技術確實是逐步發展起來的，在Opengl和DirectX這2個API基礎上發展到3DMAX、MAYA、Softimage、AutoCAD等到現在的4D虛擬引擎。這是因為如果直接采用底層的建模技術（比如Vc6.0+Opengl或者現在的.net+Opengl），跳過中間的2層，建模將十分困難，所建模型也很失真。目前針對虛擬農業的4D引擎很少，有的引擎也不好用，建立的模型真實感不夠強。出于農業科研的考慮，自主知識產權開發一個引擎也是可以考慮的一個立項依據，但開發引擎投入巨大，周期長，難度高，并且需要強力的市場經濟驅動力，需要綜合考慮這些因素。如果引進，需要考慮實際需求，引擎的購買和授權使用價格十分昂貴，便宜的不好用而又限制太多。各個引擎的功能各有側重。以unreal為例，授權使用費用高達240萬元以上，如果開發的系統用于商業，那么還要收取利潤所得的30%，而國內的涂鴉引擎授權使用費用也高達40萬元。

3結語

（1）虛擬現實技術軟硬件發展是有跡可尋的，遵循一定的客觀規律，跳躍式發展基本是不現實的（除非有時可以資金換技術），發展層次關系非常清楚，最終能夠在虛擬農業領域應用自如，還是需要底下一層層技術體系支撐起來的。

（2）軟件、硬件更新換代很快，基本5a一代，沒有自主知識產權，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，由于引擎側重點不同，需要綜合考慮各種因素，并不是隨便一個4D引擎拿來就可以進行虛擬農業工作的，不合適的引擎只會費時費力，導致所建模型失真。

作者：崔曉陽 單位：中國農業科學院農業信息研究所