開腦洞 | 搞農(nóng)業(yè)，再不懂VR，你就OUT了！

 

提到VR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，很多人都會首先想到VR游戲、VR醫(yī)療，但令人意想不到的是，VR技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，正掀起一陣新思潮。

當(dāng)前，對于農(nóng)業(yè)市場而言，VR+農(nóng)業(yè)雖然還是一個(gè)空白點(diǎn)，但值得密切關(guān)注的是，VR技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的前景十分廣闊!

 

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在我國，1996年11月國家863計(jì)劃提出了虛擬農(nóng)業(yè)的概念，并將虛擬農(nóng)業(yè)列為863先期啟動(dòng)計(jì)劃。世界上僅有少數(shù)幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究小組在開展虛擬農(nóng)業(yè)方面的研究，我國在這方面的研究方法思路都還是探索性的。

 

一、VR技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

在VR技術(shù)出現(xiàn)之前，任何農(nóng)業(yè)技術(shù)上的創(chuàng)新與進(jìn)步都需要以難以想象的時(shí)間和金錢作代價(jià)。對于普通農(nóng)作物，一個(gè)周期長達(dá)一年，對于果樹和動(dòng)物則需數(shù)年，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要多次調(diào)整，每次的調(diào)整又需要一個(gè)生長周期的時(shí)間去驗(yàn)證。

因?yàn)槌叩暮馁M(fèi)，目前只有大型公司或科研機(jī)構(gòu)有實(shí)力去從事農(nóng)業(yè)技術(shù)研究。當(dāng)科研成果運(yùn)用到有著各種各樣天氣氣候、土壤條件的耕地時(shí)，在原始成果的參數(shù)基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行一些微調(diào)。而最關(guān)心實(shí)際應(yīng)用的農(nóng)民，卻無力去進(jìn)行這種微調(diào)。VR技術(shù)的出現(xiàn)，將會對以上所有問題作出解答。

VR在農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中首先體現(xiàn)在虛擬植物領(lǐng)域。?對虛擬農(nóng)業(yè)的研究始于虛擬植物，虛擬植物是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬三維空間中植物的生長發(fā)育狀況，其主要特征是以植物個(gè)體為研究中心，以植物形態(tài)結(jié)構(gòu)為研究重點(diǎn)，所建立的模型是三維的、可視化的。除了體驗(yàn)虛擬種地，ＶＲ與ＡＲ技術(shù)還可以被用在農(nóng)業(yè)知識科普、ＡＲ農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)、ＶＲ農(nóng)業(yè)電商等多種場景。

 

 

?模型的建立主要有三種方法：第一是直接使用編程的方法，第二是使用現(xiàn)有軟件如3D MAX，實(shí)地考察測量，獲取資料，設(shè)計(jì)參數(shù)形成模型，第三是通過傳感器、攝像機(jī)等采集數(shù)據(jù)，然后輸人電腦進(jìn)行整理。

其中作物形態(tài)結(jié)構(gòu)的模擬研究發(fā)展比較快，有代表性的是1968年丹麥植物學(xué)家Lindenmayer提出的L—系統(tǒng)。美國的Clausnitzer和Hopmans利用有限元的方法進(jìn)行了三維根的生長和瞬時(shí)土壤水流的模擬建模，并編程實(shí)現(xiàn)了其模型。

它可以在虛擬環(huán)境中體現(xiàn)植物整個(gè)生長過程，其中詳細(xì)表現(xiàn)了植物株高、結(jié)實(shí)等各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)與外部環(huán)境、農(nóng)業(yè)措施(如虛擬施肥、果樹虛擬剪枝、作物虛擬育種的株型分析與選擇)之間的關(guān)系。VR還可以模擬害蟲的活動(dòng)，確定最佳的噴藥方式和時(shí)間。

 

 

?農(nóng)戶不需要高深的實(shí)驗(yàn)技能，只需要借助設(shè)備仔細(xì)觀察，就能得到第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。此外,還可以再短短的幾十分鐘內(nèi)收集到大量的植物生長數(shù)據(jù)，一改傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)難以量化的特點(diǎn)，為智能化和精細(xì)化農(nóng)業(yè)提供依據(jù)。

VR同樣能運(yùn)用在農(nóng)場養(yǎng)殖業(yè)上。它能通過以前的真實(shí)信息在一個(gè)模擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對動(dòng)物從器官、組織、系統(tǒng)到整體的精確模擬,通過操作者的調(diào)控,“虛擬動(dòng)物”將能模仿真實(shí)動(dòng)物做出各種反應(yīng)。若設(shè)置聲音和力反饋裝置,還可提供視、聽、觸等直觀而又自然的實(shí)時(shí)感。這對模擬動(dòng)物生存環(huán)境、動(dòng)物營養(yǎng)需要、遺傳資源固定和品種選育等具有重大意義。

 

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二、VR技術(shù)與農(nóng)業(yè)體驗(yàn)

VR技術(shù)除了可應(yīng)用于農(nóng)村電商和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，還具有教育、觀光的意義。VR技術(shù)使農(nóng)業(yè)教育、觀光具有新的內(nèi)涵。開發(fā)虛擬農(nóng)場可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上種田，可以廣大農(nóng)民和學(xué)生更快的掌握先進(jìn)的農(nóng)田管理技術(shù)和農(nóng)業(yè)知識。佩戴VR眼鏡和頭盔可以身臨其境體驗(yàn)從遠(yuǎn)古到未來、抑或只是幻想中任意一個(gè)農(nóng)業(yè)場景。

國內(nèi)外已經(jīng)有很多的農(nóng)業(yè)VR體驗(yàn)案例，比如麥當(dāng)勞推出的土豆種植VR體驗(yàn)，金龍魚推出的食用油原產(chǎn)地VR體驗(yàn)項(xiàng)目等等，都是在利用VR技術(shù)提供的沉浸式體驗(yàn)，對產(chǎn)品進(jìn)行宣傳。將這一思路應(yīng)用于農(nóng)業(yè)體驗(yàn)項(xiàng)目，可謂順理成章。

此外，還可以將VR技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)莊休閑體驗(yàn)項(xiàng)目中。通過使用VR技術(shù)，可以盡情激發(fā)游客的想象力、創(chuàng)造力、以及增強(qiáng)他們的立體空間感，成為一個(gè)人們游戲娛樂的空間。別具一格，多樣化的VR主題農(nóng)莊足以讓人興奮。

 

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三、VR技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景

虛擬農(nóng)業(yè)是對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的革新，是以農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?yàn)閷ο蟆⑾冗M(jìn)技術(shù)為手段、計(jì)算機(jī)為平臺的一種全新農(nóng)業(yè)研究方法，使農(nóng)業(yè)科學(xué)家可以在虛擬環(huán)境下開展農(nóng)業(yè)研究，從而大大降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的效率。

用它可以模擬作物和環(huán)境因子，還可以進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和教學(xué)，且在植物生長狀況遙感監(jiān)測、園林設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)營管理等眾多領(lǐng)域也有重要應(yīng)用，對提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、改善品質(zhì)及增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，并最終極大地促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

虛擬農(nóng)業(yè)是一種技術(shù)手段，將會像虛擬現(xiàn)實(shí)一樣得到很大的發(fā)展。并將改變傳統(tǒng)的科研、教學(xué)和生產(chǎn)方式，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，這是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的研究課題。主要因?yàn)椋?/span>

 

 

1、虛擬農(nóng)業(yè)是種有實(shí)踐意義的過程。

傳統(tǒng)的農(nóng)學(xué)、畜牧獸醫(yī)學(xué)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，往往要觀察測試動(dòng)植物的一個(gè)生育期。對作物，需1年，對動(dòng)物，則要多年。

而虛擬農(nóng)業(yè)用計(jì)算機(jī)可視化地模擬動(dòng)植物在各種水肥、營養(yǎng)脅迫條件下的發(fā)展過程，用戶操作計(jì)算機(jī)，不但可以了解動(dòng)植物生長全過程中各種鮮、干物質(zhì)積累的性狀，還可以從不同視角了解動(dòng)植物的逼真形態(tài)。

在進(jìn)行觀察分析時(shí)，可以獲得動(dòng)植物生長過程中各參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，一改傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中難于定量化研究的局面，為精確農(nóng)業(yè)提供依據(jù)。

 

 

2、虛擬農(nóng)業(yè)是有價(jià)值的技術(shù)手段。

可以縮短農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重大項(xiàng)目研究的時(shí)間，節(jié)約經(jīng)費(fèi)。可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的基本理論研究，更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐檢驗(yàn)，反過來推動(dòng)虛擬農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)農(nóng)業(yè)科研進(jìn)展。

結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)，為模型設(shè)計(jì)、基因型改良等提供指導(dǎo)。比如，為大幅度提高作物產(chǎn)量，需培育超級作物品種，為獲得超級品種需優(yōu)化作物株型，使人們進(jìn)一步加深對作物生理的研究和對作物生命的理解。

依據(jù)育種新理論，獲得超級品種除雜交優(yōu)勢外還需要改進(jìn)作物株型，可以建立超高產(chǎn)作物品種株型設(shè)計(jì)的虛擬育種系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出不同株型，虛擬其生長，精確地定量化地模擬其光截獲能力與光合產(chǎn)量形成能力，為育種指明方向，從而減少盲目性。通過虛擬分析害蟲在作物群體三維空間中的藏匿和覓食規(guī)律，確定最佳的噴藥時(shí)間和方式，降低成本、減少環(huán)境污染。

利用虛擬植物模擬農(nóng)藥從噴霧器中噴出后的空間運(yùn)行軌跡，直觀地觀察農(nóng)藥在植物群體中的空間分布與害蟲的位置關(guān)系，從而可確定農(nóng)藥的最佳噴施方法。利用虛擬農(nóng)業(yè)技術(shù)，可以非常直觀地對農(nóng)田、森林等復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)研究方法和技術(shù)手段難以觀察到的規(guī)律。

還可以尋找一種既能對付蟲害又不污染環(huán)境的方法，例如通過改變農(nóng)作物形狀或葉子形狀而使害蟲無法藏身或無法覓食，以此途徑來減少害蟲侵襲。此外，還可以利用虛擬作物來尋找最佳栽培方式。

 

 

3、虛擬農(nóng)業(yè)是一種仿真農(nóng)業(yè)。

在以虛擬作物為研究基礎(chǔ)的農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中，虛擬作物主要是采用高效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來監(jiān)測農(nóng)業(yè)環(huán)境因素變化與相應(yīng)的作物生長發(fā)育動(dòng)態(tài)，研究作物形態(tài)與環(huán)境關(guān)系的量化作用規(guī)律。

虛擬作物系統(tǒng)對于探索作物理想模型、優(yōu)化生長調(diào)控措施、構(gòu)建植物形態(tài)及園林設(shè)計(jì)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等很有應(yīng)用價(jià)值。利用虛擬作物生長技術(shù)，在虛擬農(nóng)田環(huán)境系統(tǒng)中進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可部分替代在現(xiàn)實(shí)世界中難以進(jìn)行或雖能進(jìn)行但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、昂貴的試驗(yàn)。

在教學(xué)、科普教育和農(nóng)業(yè)科技推廣領(lǐng)域，可建立虛擬農(nóng)場，與其他智能化農(nóng)業(yè)軟件系統(tǒng)（如專家系統(tǒng)）聯(lián)結(jié)，使學(xué)生或農(nóng)民在計(jì)算機(jī)上種植虛擬作物和進(jìn)行虛擬農(nóng)田管理，有利于教學(xué)和農(nóng)業(yè)科技的推廣。

學(xué)習(xí)者可以從任意角度甚至在作物冠層內(nèi)漫游，觀察作物生長狀況的動(dòng)態(tài)過程，還可以通過改變環(huán)境條件和栽培措施，直觀地觀察作物生長過程及最終結(jié)果。這種效果是傳統(tǒng)方式無法達(dá)到的，對文化基礎(chǔ)較低的農(nóng)民特別有利，使他們更易于掌握先進(jìn)的農(nóng)田管理技術(shù)。由此可見，虛擬農(nóng)業(yè)技術(shù)是一項(xiàng)很有效的技術(shù)，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

 

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農(nóng)業(yè)作為世界上最重要、最基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)，對VR技術(shù)的渴求不予言表。我們期待著VR技術(shù)以更多的形式融入傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，為農(nóng)業(yè)這個(gè)歷史最悠久的傳統(tǒng)行業(yè)帶來新的變革。

 

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