基于VRML的交互式农田三维虚拟场景的设计与实现
论文关键词 ：虚拟现实 虚拟场景 VRML 农田 交互
论文摘要：介绍了构建交互式农田虚拟现实场景的关键技术 ，利用VRML技术设计了交互式农田虚拟现实的场景原型，详述了模型开发过程中的建模 、转换 、装饰和交互等关键技术。用户可以直接与农田虚拟现实场景中的农作物 地块和道路等事物交互，产生身临其境的效果，从而使用户在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受，并为装备的虚拟试验提供了接口和场景空间。
0 引言
众所周知，大田粮食作物的生产具有明显的季节性特征。新的农业装备研制开发出来后，如果没有正好赶到使用的季节，研究者就很有可能需要等到下一季才能够实地试验检测装备的各项指标，而且很有可能在实地试验后需要对农业装备做进一步的改进，因此可能要再等到下一季才能够安排测试。这样的情形长期以来一直制约着农业装备的研发速度和周期，严重妨碍了国家农业装备的更新换代和创新水平的提升。随着软硬件技术的飞速发展和光机电液一体化技术的巨大进步，开发全天候、高度模拟真实大田作业环境和农作物长势的、可以完全替代季节性田间试验的农田虚拟场景及其农业装备虚拟试验系统，受到了国内外学者的广泛重视和研究。在车辆和部分农业装备的室内试验中，基于虚拟场景的虚拟试验研究 已取得 了良好的效果。
美国MDI公司开发的ADAMS软件是构造产品虚拟原型的一个很好的平台，利用其中的 CAR模块 ，工程师可以快速建造高精度的整车虚拟样机 (包括车身、悬架、传动系统、发动机、转 向机构和制动系统等)，并进行仿真，通过高速动画直观地显示在各种试验工况下整车动力学响应，输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数 ，从而减少对样 机 的依赖。VTL(Virtual Test Lab)系统 是由美国 MTS(Mechanical Test System)公司研制的虚拟试验系统，该系统在产品或部件上安装虚拟传感器并将虚拟原型安装在不同的试验环境中，一旦虚拟模型确定 ，可以反复进行试验，并根据虚拟试验结果对设计进行反复修改，从而获得最佳设计方案。
就国内来讲，吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室对汽车防抱制动系统(ABS)混合仿真试验台进行了系统分析 ；乔彬和李尚萍等对甘蔗收获智能收获系统虚拟试验平台进行了研究；王鸣和刘喜昂等研究了基于 VRML的虚拟试验系统；赵明和刘春光等开展了VRML在电传动装甲车辆虚拟试验 中的应用研究；周鹏等对潜土逆转旋耕刀的重构及抛土问题进行了虚拟试验的研究；陆林等开展了基于 ADAMS的油菜收割机清选装置仿真与试验研究，利用虚拟样机软件 ADAMS对收割机的清选装置进行三维实体建模在此基础上对清选装置进行了清选过程仿真和虚拟试验。关于虚拟 场景 的建立 ，国内众 多研究者就VRML技术在远程、道路、环境三维漫游和交互式设备虚拟装配等方面的应用问题展开了广泛 的研究。结合农业装备虚拟试验的需要，本文就交互式农田三维虚拟场景构建的关键技术与过程进行研究。
1 VRML简介
虚拟 建模 语 言 VRML(Virtual Reality ModelingLanguage)是最近几年才兴起的一门新型，它可以通过创建一个虚拟场景而达到现实中的效果。VRML支持三维动画，其实时交互功能大大克服了原来互联网上单调和交互性较差的弱点，从而创建一个全新 的可进入和可参与的三维立体虚拟现实世界。
VRML是一种描述语言标准，规定了用来描述三维场景的文本描述语言，它的基本原理包括 ：文本描述、远程传输和本地计算生成。VRML描述的虚拟场景由多种场景对象构成 ，对象及其属性用节点(node) 描述，节点按照一定规则构成场景图(SceneGraph)。场景图中的一类节点用于从视觉和听觉角度表现对象，它们按照层次体系组织起来，反映了场景的空间结构；另一类节点参与事件产生和路由机制，形成路由图(RouteGraph)，确定场景随时问的推移如何动态变化。因此，VRML是以节点和事件路由为基本组成要素，来描述三维对象和交互行为，经过浏览器解释执行后，用户就可感受到一个有声有色的虚拟世界。
VRML虚拟现实建模语言用来创建逼真的三维虚拟场景 。它改变 了网络上2D画面的状态，并能实现3D动画效果 ，特别是改变了当前网络与用户交互的局限性，使得人机交互更加方便与灵活，使虚拟世界的真实性 、交互性 和 动态性得到了更充分的体现。在VRML建立的虚拟场景中，用户可以直接与场景中的事物交互，产生身临其境的效果 ，从而使人在虚拟场景中得到与自然世界同样的感受。