果树整形修剪技术虚拟仿真实验项目的设计与应用

原有的果树园艺学实践教学由于存在教学方法单一、教学资源不足等问题,还易受恶劣天气、场所、果树生长发育周期长等条件制约,严重阻碍了实践教学效果的提升。以苹果、桃及葡萄为例,着力创建了果树整形修剪技术虚拟仿真实验项目,让学生在有限的时间内掌握果树栽培模式发展趋势、树形演变规律及整形修剪等重要知识。该项目已在园艺学2018级、2019级和2020级本科生实践教学中开放使用,累计服务学生约500人,节省实验教学经费25万元,使学生的果树园艺学实验教学成绩由83.6分提高到98.3分、及格率由85%提高到100%,启发了学生的创新意识,显著提升了果树园艺学的实践教学效果。

果树虚拟修剪研究进展

树形结构对果树的产量和品质均有着重要的影响,而修剪是塑造优质高产树形最重要的管理措施之一。在真实果树上进行修剪试验或技术演示具有破坏性强、成本高、修剪效果难以快速呈现等缺点。果树虚拟修剪正是在此背景下随着虚拟现实技术快速进步而迅速发展起来的热点研究课题,其目标是在计算机构建的虚拟空间中可视化模拟果树的虚拟修剪操作及修剪对树形的影响,从而避免在真实果树上进行修剪所带来的时间和材料成本消耗。概述了果树虚拟修剪技术的研究进展,探讨了果树虚拟修剪的关键问题,包括三维重建技术、三维虚拟交互修剪技术及修剪后的形态发展模拟技术。分析总结现有技术方法优缺点,并结合相关领域的技术发展提出了展望。

基于参数L系统的梨树枝干模型三维可视化

为了真实的模拟果树枝干形态,提出形态特征信息和参数L系统相结合的果树枝干可视化方法。以梨树的树体结构为研究对象,提炼其相关的形态结构特征以及生态生理等特性变化;应用L系统建模方法对梨树建立包含树枝的粗细、分叉角度等细节信息的模型;最后使用OpenGL三维建模技术将梨树生长几何信息转化为直观的三维可视化图形信息,模拟出梨树常见树形(自然开心形、主干疏层形、小冠疏层形)的基本形态结构,为开发梨树整形修剪计算机仿真系统奠定基础。

基于Unity 3D果树交互虚拟修剪技术及其实现

针对真实果树进行修剪试验存在不可逆性、成本高、修剪效果难以快速呈现等缺点,将Unity3D虚拟现实技术应用到果树的枝、叶、花等修剪模拟。首先通过三维扫描仪获取果树形态数据;然后三维重建得到模型导入unity创建虚拟果园;利用射线拾取算法鼠标可以拾取果树枝条上设置的修剪点,由修剪规则判断若修剪点选取正确,出现"虚拟剪刀",并利用包围盒层次法进行碰撞检测以修剪动画的方式剪掉拾取对象。以单株柑橘为例,模拟了其某枝条疏花疏果及果实采摘交互修剪过程。实验结果表明,该方法能直观形象地模拟果树修剪过程,符合真实的人工修剪操作,树木真实感较好,对果树修剪的教学和研究有较好的实用价值。

虚拟现实与果树修剪

虚拟现实是近年来发展迅速、引人关注的研究热点。本文提出了虚拟现实在农业领域———果树修剪技术推广中应用的可能性。简述了虚拟现实的基本概念和应用现状 ,并就“虚拟果树修剪系统”提出了初步设想和基本思路。

基于Kinect的虚拟果树交互式修剪研究

为解决果树修剪技术推广难的问题,提出了基于手势交互的虚拟果树修剪方法。在已有三维果树模型的基础上,通过创建帧缓冲区对象,构建虚拟屏幕,实现果树枝条的快速拾取和修剪;建立了虚拟果树修剪控制手势集,利用Kinect获取骨骼信息,采用状态机匹配识别手势类型,将手部关节点坐标转换至鼠标绝对坐标系,建立不同手势与鼠标和键盘事件之间的映射关系,实现手势交互代替鼠标和键盘交互。实验结果表明:该方法手势识别准确率高,交互实时性好,能够满足虚拟果树修剪应用需求,为果树修剪技术的学习提供了新的途径。

果树单果生长建模方法研究

研究了果树单果生长过程的建模算法。首先针对Bézier曲面改进微分L-system,以加强其封装性;设计了一种单果生长过程建模的通用算法;以柑橘和苹果果实为例,采用该算法进行建模实验,结果表明该算法对果树单果生长过程的模拟能达到较好的效果。

虚拟现实技术在果树修剪培训中的应用研究

近年来,虚拟现实技术正稳步发展,也正逐渐应用到人们生活的各个方面。我国作为农业大国,虚拟现实技术在农业中的应用也是必不可少的,如农业教学、农作物养殖、果树修剪等。基于此,文章提出了在虚拟现实技术的应用过程中,应以使用者为主体,结合虚拟现实技术在使用中的技术特性与不同使用者自身的不同特性,逐步完善虚拟现实技术的应用对策,有助于对虚拟现实技术更加完善、合理的运用。