虚拟农业概论

第八讲：虚拟农业概论戴小鹏湖南农业大学信息科学技术学院提纲 虚拟现实（3个课时） 基本概念 系统构成 应用概况 关键技术 虚拟农业（1个课时） 当前进展 讨论虚拟现实的例子 室内场景实时演示 骨骼动画演示 海边教堂（复杂场景演示） 自然之翼 VRay烘焙的杯子 小城堡（碰撞检测演示）虚拟现实的例子虚拟现实的例子什么是虚拟现实？虚拟现实的概念 虚拟现实 又称虚拟实境或灵境技术。它是在多媒体技术、计算机图形学、仿真技术、人一机接口技术、传感技术、模糊逻辑、人工智能、神经网络及心理学的基础上发展起来的一门交叉学科的高技术。 它利用高速计算机系统生成一种模拟环境（如汽车驾驶舱、建筑物内部结构浏览等），通过多种传感设备和先进的计算机用户接口使操作者“置身”于该环境中并与该环境直接进行自然交互操作。虚拟现实的概念 “现实”泛指在物理意义上或在功能意义上存在于世界的事物或环境，它可以是实际上能实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。 “虚拟”是指这个特定的环境是由计算机模拟现场生成的。 “虚拟现实”是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中去操作、控制和感受环境，实现特殊的目的。 虚拟现实的系统环境除采用计算机作为中央部件外，还包括头盔式显示装置、数据手套、数据衣、传感装置以及各种现场反馈设备。虚拟现实的四个重要特征 多感知性（multi-sensory） 多感知就是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括嗅觉感知、味觉感知等。 存在感（presence） 又称为临场感（immersion），它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟应达到使用户难以分辨真假的程度（例如可视场景应随着视点的变化而变化），如实现比亲临现场更逼真的照明和音响效果等，使人感到比临场还“真实”。虚拟现实的四个重要特征 交互性（interaction） 交互性是指用户对模拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手直接抓取模拟环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量（其实这时手里并没有实物），视场中则可以看到被抓的物体随着手的移动而移动。 自主性（autonomy） 是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、翻倒或从桌上落到地面等。虚拟现实与仿真的区别 仿真（simulation） 是利用计算机软件模拟实际环境来进行科学试验的技术。 从模拟实际环境这一特点看，仿真技术与虚拟现实技术有着一定的相似性。 但是在多感知方面，仿真技术原则上以视觉和听觉为主要感知，很少用到其它感知（如触觉和力觉等）；在存在感方面，仿真基本上将用户视为“旁观者”，可视场景不随用户的视点变化，用户也没有身临其境之感；在交互性方面，仿真一般不强调交互的实时性。虚拟现实与计算机图形技术的区别 计算机图形技术CG（ComputerGraphics） 是实时图形生成与显示的技术。 它也在某些方面与虚拟现实有相似之处，可以提供良好的实时交互性和一定的自主性。 但在多感知和存在感方面与虚拟现实有很大差距。计算机图形技术主要依赖于视觉和听觉感知，虽然生成的图形具有三维立体感，但由于感知手段的限制，用户并不能感到自己和生成的图形世界融合在一起，如场景不能随自己的视线改变面改变等。虚拟现实的分类 虚拟现实可以有多种分类方法，通常根据虚拟现实所产生的视觉形式不同分为以下三类：（1）平面型虚拟现实（2）桌面型虚拟现实（3）立体型虚拟现实平面型虚拟现实 它不需要任何特殊的三维输入/输出装置来遮蔽人对外界事物的感知能力。这类技术是通过摄影机以图像合成技术把摄取的用户图像与计算机虚拟世界进行合成，让用户通过显示屏幕看到自己在虚拟世界的位置并可以通过手、眼等的动作去控制虚拟世界中的物体。 例如：用户弹奏虚拟世界的乐器时，在图像合成技术的配合下，用户的手移动到虚拟乐器相对位置上，可以像弹奏真乐器一样操作，而且该虚拟乐器的模拟音乐也会响起来，仿佛用户在真正使用该乐器一样。桌面型虚拟现实 桌面型虚拟现实并不强调让用户具有立体虚拟现实的立体视觉效果，它通过计算机显示屏幕来展现虚拟世界，但是用户仍可以通过三维特殊输入设备即时地直接控制虚拟世界并直接使用虚拟世界内的物体。 这类虚拟现实常应用于教育培训方面。立体型虚拟现实 这种虚拟现实通过使用头盔式显示器（head-mounteddisplay）模拟人左、右眼的视觉，使计算机产生的世界如同现实生活的立体世界。 立体型虚拟现实是最高级别的计算机仿真环境，可应用于医学实验和军事演习。虚拟现实的分类（续） 虚拟现实系统也可以按操作者与外界的交互状态进行分类，通常有以下三类： 封闭式虚拟现实 开放式虚拟现实 上述两种模型的组合封闭式虚拟现实 这种系统与外部现实世界不产生直接交互。其特点是虚拟环境可以是任意虚构的、幻想的世界。开放式虚拟现实 通过各种传感装置与外界构成反馈闭环。 其特点是虚拟环境是某一现实世界的真实模型。其目的是通过利用虚拟环境对现实世界进行直接操作或遥控操作，达到克服现实环境的限制（如遮挡、遥远、危险、不便到达和不能到达等）或使操作方便、可靠的目的。 例如，提供碰撞报警（利用虚拟环境计算相撞距离），减轻操作员的心理负担，减少操作失误。　为什么要研究虚拟现实？1.计算科学已发展成为与理论和实践并列的第三种科学研究方法，为解决一些传统方法无法解决的问题提供了新途径、新方法。2.计算科学中传统的人机交互方式不能满足要求。3.计算机软件硬件水平的发展给虚拟现实研究提供了有利条件1）产品设计与人机功效(飞机，空间站等)2）科学计算可视化用于核弹B-61-x的虚拟组装系统3）虚拟组装4）仿真训练5）协同工作环境的仿真6）娱乐游戏《半条命2》虚拟现实技术是一种新的方法！ 传统人机交互方法： 人与计算机间的交互通过键盘、鼠标、显示屏等工具实现。 虚拟现实方法： 将计算科学处理对象统一看作一个计算机生成空间（虚拟空间或虚拟环境），并将操作它的人看作是这个空间的一个组成部分(man-in-the-loop)。 人与计算机空间的对象之间的交互是通过各种先进的感知技术与显示技术（即虚拟现实技术）完成。 人可以感受到虚拟环境中的对象，虚拟环境也可以感受到人对它的各种操作（类似于人与真实世界的交互方式）。一个例子：告诉你“一牛顿的力”与被打一巴掌(一牛顿力)，两者对人的感受显然是不一样的。虚拟现实技术的发展虚拟现实技术的发展 1956年,美国的MortonHeileg开发了一个被称为Sensorama(传感景院）的摩托车仿真器，具有以下功能： 三维视频及立体声效果， 振动风吹的感觉， 城市街道的气味， 用户可以坐在仿真器的座位上经历一种开摩托车漫游美国纽约曼哈顿的感觉。虚拟现实的发展(续) 60年代初，随着CAD技术的发展，人们就开始研究立体声与三维立体显示相结合的计算机系统。 1965年，美国的IvanSutherland发表了一篇名为“TheUltimateDisplay”（终极的显示）的文章。������E�M�B�E�D��W�o�r�d�.�P�i�c�t�u�r�e�.�6�����������Ó½ÕÊ÷Æ��¢·ÍË÷Æ��ºÒ§¾ÔϾÊÁÆ��⹧Ѱ×ÃÖ��¢ÁåÌùÉú¶ú»��¢ÁåÌùÉú²úÉ÷Æ��»ÎÃÖͺ½·òÏú¸Ù×÷Æ��ó×ÛÑ°ÓóÏú²úÉ÷Æ��ÒÓÛÑ°ÓóÏú²úÉ÷Æ���虚拟现实的发展(续) 1968年，IvanSutherland在哈佛大学组织开发出第一个计算机图形驱动的头盔显示器（Helmet-MountedDisplay，即HMD），并开发了与HMD相配的头部位置跟踪系统。虚拟现实的发展(续) 80年代，JaronLanier提出建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机所表示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特殊的空间三维装置在这个环境中“环游”，创造出一种“亲临其境”的感觉。但由于当时各学科技术水平及设备的限制效果无法令人满意。虚拟现实技术的发展(续) VIDEOPLACE系统 VIDEOPLACE是由M.W.Krueger基于视频的方法设计的一个虚拟环境。 他认为，与计算机相比，人类的进化要缓慢得多；因此，人机接口研究应该将重点放在相对不变的人类特性上。计算机应该适应人，而不是让人去适应计算机。在这种思想指导下，当其他早期研究者考虑穿着或戴着设备时，Krueger将目标瞄准无障碍的环境式人工现实。虚拟现实技术的发展(续) VIEW 在虚拟现实技术发展史上的地位举足轻重。当1985年VIEW系统的雏形在美国NASAAmes研究中心完成时，该系统以低廉的造价、让参与者有“真实体验”的效果引起有关专家的注目。该系统的雏形是在MichaelMcGreevy领导下完成的。VIEW系统有以下特点： 保持了低造价的优势 装备了数据手套、头部跟踪器等硬件设备 提供了语音、手势等交互式手段。虚拟现实技术的发展(续) 这些探索过程中，人们开始形成与虚拟环境相关的以下一些概念： 人工现实（ArtificialReality） 虚拟现实（灵境）（VirtualReality） 虚拟环境（VirtualEnvironment） 电脑空间（Cyberspace）等 这些可以理解为对虚拟现实技术的不同称呼，其中以VirtualReality一词影响最广。虚拟现实技术的发展(续) 90年代初，随着计算机多媒体系统软硬件功能的迅速完善和计算机图形处理技术的发展，“虚拟现实”才建立起一个较完整的体系并受到人们的极大关注。虚拟现实系统的构成实现的基本方法 虚拟现实的主要目的是实现自然人机交互，即实现一种逼真的视、听、触觉一体化的计算机生成环境。 虚拟现实的主要实现方法是借助必要的装备，实现人与虚拟环境之间的信息转换，最终实现人与环境之间的自然交互与作用。一般的计算机应用系统计算机软件计算机硬件虚拟现实系统人类的感知系统人类的行为系统人与环境的关系虚拟现实的概念模型 用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到实时三维显示和其它反馈信息（如触觉和力觉反馈等）。 当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界产生影响（如遥控操作等）。比较典型的虚拟现实系统虚拟现实系统构成 虚拟现实系统主要由以下6个模块构成：（1）检测模块检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。（2）反馈模块接受来自传感器模块的信息，为用户提供实时反馈。（3）传感器模块一方面接受来自用户的操作命令并将其作用于虚拟环境，另一方面将产生的结果以各种反馈形式提供给用户。虚拟现实系统构成（续）（4）控制模块对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。（5）3D模型库现实世界各组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境。（6）建模模块获取现实世界各组成部分的三维数据，并建立它们的三维模型。一些实际的虚拟现实系统和相关设备头盔显示器 HeadMountedDisplay,HMDHMD实物与原理图_1034603379.doc头盔头盔RGB-NTSCRBG-NTSCRGB-NTSC计算机系统计算机系统扫描转换器扫描转换器左眼计算右眼计算视野计算双路VR系统单路VR系统图形硬件图形硬件图形硬件http://www-vrl.umich.edu/intro/hmd.html 双目全向监视器BOOMFS2http://www-vrl.umich.edu/intro/AndreOnBoom_lts.jpgCAVE CaveAutomaticVirtualEnvironmenthttp://www-vrl.umich.edu/intro/cave.htmlCyberSphere 全沉浸球型投影系统 FullyImmersiveSphericalProjectionSystemIllustrationoftheSphericalProjectionSystemtheFullyImmersiveSphericalProjectionSystem桌面沉浸显示墙InfinityWallARRC力学反馈手套第二代TeletactII装有更高分辨率的指尖空气室，其余部分的空气室更大，并提供手掌反馈系统。很大的手掌空气室允许用户使劲握物体，然后接收刺激。TeletactII与TeletactI使用相似，只是空气室由20增加到30个。在中指尖、食指尖和拇指区域空气室密度较大，空气室也被放在手的背部，以产生手接触物体的感觉。笔式力量感知器��������PHANTOM®Omni™HapticDevicehttp://www.sensable.com/products/phantom_ghost/phantom-omni.asp力反馈手套RMⅡRMⅡ像一付手套似的戴在用户的手上。主要结构包括一个小平台，上面架着四个特制的汽缸。每个汽缸轴的顶端都和相应的指尖相连接，轴和指尖的连接通过“Y”形的连接物。一个简单的细皮手套被作为传感器/反馈系统的支持结构。��������CyberGrasphttp://www.immersion.com/3d/products/cyber_grasp.php运动跟踪设备：Trackball运动跟踪设备：GraphicsTabletOftenusedwithamousealso.运动跟踪设备：6DOF跟踪器FlockofBird运动跟踪设备：数据衣采用电磁式位置/姿态传感器获得人体运动轨迹图双人徒手格斗动作示意图真现实与虚拟现实人体之间的交互示意图运动跟踪设备：无线数据衣 数据衣与数据手套的工作原理相似，但可以检测出整个身体的运动。 VPL研制出一种使用与数据手套相同的光纤系统制成的数据衣。大量的光纤安装在一个紧身衣服上，它能测量肢体的位置，然后用计算机重建出图象。这种方法是否会在虚拟环境中占有一席之地还有待考证。但对于涉及到具体工作环境中人的位置的研究，这种技术是非常重要的。对于数据衣生产厂家，一个潜在的问题是，人的外形变化太大。一种全场景的光学跟踪系统一种四摄像头的摄影设备运动跟踪设备：数据手套 数据手套可以把手势转化成计算机可识别的数据。由于其合理的性能价格比，数据手套已成为最流行的手控制器。 在手套背面嵌有光导纤维传感器，可以监视手指伸展情况。在手背上安装的空间跟踪系统能监视手的位置和方向，并且有一个微处理器来监控通过光导纤维的光量以及由空间跟踪器返回的信息。控制界面电缆LycraglovePolhemussensor光导纤维纤维制导_1006177319.doc��高速照相机 蹦床运动数据采集问题 什么是虚拟现实？ 虚拟现实与人有什么关系?知识点知识点虚拟现实系统的应用 虚拟现实的本质是人与计算机的通信技术，它几乎可以支持任何人类活动，适用于任何领域。 较早的虚拟现实产品是图形仿真器，其概念在60年代被提出，到80年代逐步兴起，90年代有产品问世。1992年世界上第一个虚拟现实开发工具问世，1993年众多虚拟现实应用系统出现，1996年NPS公司使用惯性传感器和全方位踏车将人的运动姿态集成到虚拟环境中。到1999年，虚拟现实技术应用更为广泛，涉足航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。专家预测，随着计算机软、硬件技术的发展和价格的下降，预计本世纪虚拟现实技术会进入家庭。军事模拟仿真 军事训练、指挥、战场（电子对抗）模拟仿真 飞行模拟、航海模拟 在军事领域中，VR技术应用的一个例子是“联网军事训练系统”。 在该系统中，军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置，他们可以看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路、建筑物以及由其他部队操纵的车辆的模拟战场。这些由实际人员操作的车辆可以相互射击，系统利用无线电通信和声音来加强真实感。系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的行动。炮火的显示极为真实，用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。从直升机上看到的场景也非常逼真。这个模拟系统可用来训练坦克、直升机和进行军事演习，以及训练部队之间的协同作战能力。 在航天领域，VR技术也非常重要。例如，失重是航天飞行中必须克服的困难，因为在失重情况下对物体的运动难以预测。为了在太空中进行精确的操作，需要对宇航员进行长时间的失重仿真训练。 为了逼真地模拟太空中的情景，美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”中采用了VR仿真训练技术。 在训练中，宇航员坐在一个模拟的具有“载人操纵飞行器”功能并带有传感装置的椅子上。椅子上有用于在虚拟空间中作直线运动的位移控制器和用于绕宇航员重心调节宇航员朝向的旋转控制器。宇航员头戴立体头盔显示器，用于显示望远镜、航天飞机和太空的模型，并用数据手套作为和系统进行交互的手段。训练时宇航员在望远镜周围就可以进行操作，并且通过虚拟手接触操纵杆来抓住需要更换的“模块更换仪”。抓住模块更换仪后，宇航员就可以利用座椅的控制器在太空中飞行。 在对象可视化领域中，VR技术应用的例子是模拟风洞。模拟风洞可以让用户看到模拟的空气流场，使他感到就像真的站在风洞里一样。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性和效果、空气循环区域、旋涡被破坏的乱流等。例如，可以将一个航天飞机的CAD模型数据调入模拟风洞进行性能分析。为了分析气流的模式，可以在空气流中注入轨迹追踪物，该追踪物将随气流飘移，并把运动轨迹显示给用户。追踪物可以通过数据手套投降到任意指定的位置，用户可以从任意视角观察其运动轨迹。现代制造业 数字原型/数字样机/产品分析 虚拟设计/虚拟制造/虚拟装配 制造加工过程的模拟与分析建筑视景与城市规划 数字城市规划、新区开发建设 建筑视景、房地产开发及小区规划 道路与交通标志虚拟医学/化学/生物工程 虚拟医学（手术解剖/医疗/医药开发） 基因/遗传/分子结构 生命科学、化学、生物研究 VR技术在医疗领域也大有作为。该技术可用于解剖教学、复杂手术过程的规划，在手术过程中提供操作和信息上的辅助，预测手术结果等。另外，在远程医疗中，虚拟现实技术也很有潜力。例如在偏远的山区，通过远程医疗虚拟现实系统，患者不进城也能够接受名医的治疗。对于危急病人，还可以实施远程手术。医生对病人模型进行手术，他的动作通过卫星传送到远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像机传回医生的头盔立体显示器，并将其和虚拟病人模型进行叠加，为医生提供有用的信息。美国斯坦福国际研究所已成功研制出远程手术医疗系统。能源开发 储油气模拟和仿真（油藏数值模拟、钻井及油气管路规划） 地质（地质构造的分析、地震资料的处理与解释） 矿产（矿区布局、矿藏开采、采矿安全生产的模拟虚拟现实技术虚拟现实技术 虚拟现实是多种技术的综合 实时三维计算机图形技术 广角（宽视野）立体显示技术 对观察者头、眼和手的跟踪技术 触觉/力觉反馈、立体声、语音输入输出技术 软件技术实时三维计算机图形技术 相比较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型，又有足够的时间，我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难。广角（宽视野）的立体显示 人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象。 在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。 用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上，产生双目立体视觉。 有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。广角（宽视野）的立体显示（续） 视觉系统和运动感知系统结合 在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的。 而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另外，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。立体声 人是靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向。 声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的。 但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。触觉与力觉反馈 在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。语音输入输出 在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。 而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。 使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当罗嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。软件技术 工具软件 VRML OpenGL工具软件VRMLVRML VRML是VirtualRealityModelingLanguage的缩写。 VRML是描述三维造型与交互环境的简单的文本语言。VRML是在Internet上建立3D多媒体和共享虚拟世界的一个开放。VRML的历史 1994年5月，在瑞士日内瓦召开的万维网会议上，Mark和Tony在会上介绍了他们开发的可在万维网上运行的虚拟现实界面。因为这是第一次在Web上呈现出三维的界面，所以受到了特别的关注。一个情趣相投者联谊会BOF小组产生了并决定开发一种场景描述语言，它可以连通web网。VRML这个词就是这时造出来的。VRML的历史（续） 1994年10月在芝加哥召开的第二次WWW会议上公布VRML1.0的草案。 主要的功能是完成静态的3D场景，以及与HTML链接的功能和措施。许多人认为VRML1.0缺少一些关键性特征，如动作、交互和行为，需要进行重大修订。 1996年初，VRML委员会审阅并讨论了若干个VRML2.0版本的建议，SGI的动态境界(MovingWorlds)提案获得大多数选票，成为VRML2.0规范的工作文档。1996年8月，在新奥尔良的SIGGRAPH，96会议上公布了VRML2.0规范的第一版。VRML的历史（续） 1997年12月，VRML作为国际标准正式发布。 1998年1月，正式获得ISO批准，国际标准号为ISO/IEC14772——1:1997。VRML97是该标准的俗称。 这个标准是VRML2.0经编辑性修订和少量功能性调整后的结果。作为150/IEC国际标准，VRML的稳定性得到保证，它推动了因特网上交互式三维应用的迅速扩展。 1998年2月，发表中文国标标准。VRML的工作原理 VRML用文本信息描述三维场景，在Internet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景。 正是基于这种工作机制，使其在网络应用中有很快的发展。当初VRML的设计者们考虑的也正是文本描述的信息在网络上的传输比图形文件迅速，所以他们避开在网络上直接传输图形文件而改用传输图形文件的文本描述信息，把复杂的处理任务交给本地机，从而减轻了网路的负荷。服务器Internet浏览器VRML解释器VRML的使用与开发条件 VRML的浏览环境： 浏览器：IE3.0或NetspaceNavigator3.0(NS)以上版本。 VRML插件：Windows98,NS自带或下载更新的版本。 VRML最简单的开发环境： 浏览器：IE3.0或NetspaceNavigator3.0(NS)以上版本。 VRML插件：Windows98,NS自带或下载更新的版本。 文本编辑器（记事本或UltraEdit）。VRML的特点 是造型语言,可描述3D场景。 用户可进入VRML建立的世界，去探索它。 VRML建立的世界是交互的，受用户控制。 把2D，3D物体、动画、多媒体效果混合于一体。 平台无关，可在PC或SGI上浏览。 基于Web，可建立三维可视化服务器。 着色不如OpenGL快。没有底层控制。 有限的界面。 着色不如OpenGL快VRML的例子#VRMLV2.0utf8Group{children[Shape{geometryBox{}}]}test1.wrlVRML的例子(续)#VRMLV2.0utf8Group{children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100}}geometryBox{}}]}test2.wrlVRML的例子(续)#VRMLV2.0utf8Group{children[Transform{translation1500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100}}geometryBox{}}]}]}test3.wrlVRML的例子(续)#VRMLV2.0utf8Group{children[DEFboxTransform{translation500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100}}geometryBox{}}]}DEFsphereTransform{translation000children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010}}geometrySphere{}}]}DEFconeTransform{translation-500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor001}}geometryCone{}}]}]#endofGroupchildren}test4.wrlVRML的例子(续) VRML文件都是扩展名WRL的文本文件，或扩展名WRZ（压缩格式）的二进制文件。包括如下四部分：　①文件头：位于首行，提供版本信息。如：#VRMLV2.0utf8。②注释：以#开始的一段文字。③节点：场景信息的单位。可以描述造型，灯光，声音等。如：Cylinder{…}描述一个圆柱体。④域值：域用于描述及改变节点的属性，值反映域的大小。如：Cylinder{height2.0radius1.5}中，height（高度）和radius（半径）是域，2.0和1.5是值。 VRML程序是解释执行，实时建模着色的文本程序。它的两个要点是： ①节点(node):构成虚拟世界的基本要素，②路由(route)：节点间传送信息的途径。节点 在VRML97规范中规定了54种节点类型，按照它们所描述的对象功能和行为，大致可以分为以下几类: 编组节点(Groupingnodes): 锚节点(Anchor) 公告牌节点(Billboard) 碰撞节点(Collision) 组节点(Group) 变换节点(Transform) 表现节点(Appearance): 表现节点(Appearance) 字体风格节点(Fontstyle) 图像组织节点(ImageTexture) 材料节点(Material) 动画组织节点(MovieTexture) 点组织节点(Pixe1Texture) 文本组织节点(TextureTransform) 感应器节点(sensors): 圆柱感应器节点(Cylindersensor) 平面感应器节点(Planesensor) 接近感应器节点(Proximitysensor) 圆球感应器节点(Spheresensor) 时间感应器节点(Timesensor) 接触感应器节点(Touchsensor) 可视感应器节点(Visibilitysensor) 感应器节点(sensors): 圆柱感应器节点(Cylindersensor) 平面感应器节点(Planesensor) 接近感应器节点(Proximitysensor) 圆球感应器节点(Spheresensor) 时间感应器节点(Timesensor) 接触感应器节点(Touchsensor) 可视感应器节点(Visibilitysensor) 接近传感器节点的例子。 ProximitySensor{　　　exposedFieldSFVec3fcenter0，0，0　　　exposedFieldSFVee3fsize0，0，0　　　exposedFieldSFBoolenabledTRUE　　　eventoutSFBoolisActive　　　eventouSFVec3fposition-changed　　　eventoutSFRotationorientation-changed　　　eventoutSFTimeenterTime　　　eventoutSFTimeexitTime　　　}当用户接近、退出空间，或在空间移动时，会产生事件。Center和Size定义长方体，分别用三个数字定义长方体的中心点三维坐标和三维尺寸。Enabled域的值为TRUE表示允许工作。进入退出长方体空间时发生isActive,enterTime和exitTime事件。这些事件应该为对于接近的响应行为，进入时间和推出时间。也可以利用position-changed和orientation-changed，改变位置和方向。 特殊组节点(SpecialGroups): 在线节点(Inline) 细节程度节点(LOD) 开关节点(Switch) 几何节点(Geometry): 长方体节点(Box) 圆锥体节点(Cone) 圆柱体节点(Cylinder) 高度珊格节点(ElevationGrid) 挤压节点(Extrusion)、 索引面集节点(IndexedFaceset) 索引线集节点(IndexedLineset) 点集合节点(Pointset) 球体节点(Sphere) 文本节点(Text) 插值器节点(Interpolators): 颜色插值器节点(Colorlnterpolator) 坐标插值器节点(Coordinatelnterpolator) 普通插值器节点(NormalInterpolator) 方向插值器节点Orientationlnterpolator) 位置插值器节点(Positionlnterpolator) 缩放插值器节点(Scalarlnterpolator) 普通节点(ConunonNodes): 音频剪接节点(Audioclip) 有向光源节点(DirectionalLight) 点光源节点(PointLight) 描述语言节点(Script) 形状节点(Shape) 声音节点(Sound) 场光源节点(SpotLight) 三维世界信息节点(Worldlnfo) 几何属性节点(GeometricProperties): 颜色节点(Color) 坐标节点(Coordinate) 普通节点(Normal) 组织坐标节点(TextureCoordinate) 绑定节点(BindableNodes): 背景节点(Background) 雾效果节点(Fog) 浏览信息节点(Navigationlnfo) 视点节点(Viewpoint)节点的域和域值 节点的基本数据包含在域(field)中，每个节点有零个或多个域。域用来描述节点的本质属性，如Cylinder节点中包含两个域height和radius，分别定义了圆柱体的高度和底面半径。其他节点还有设置颜色、造型朝向和设置光照亮度的域。 如圆柱体节点。　Cylinder{　　fieldSFBoolbottomTRUE　　fieldSFFLoatheight2　　fieldSFFLoatradius1　　fieldSFBoolsideTRUE　　fieldSFBooltopTRUE　　}定义的圆柱体，高度为2，半径为1，具有下底面，有圆柱侧面，有上顶面。 域值定义如颜色、尺寸和位置等属性，每个值属于特定的域值数据类型。所有的域类型要么是单值类型，只有单一的值，命名以“SF”开始，包括sFBool、SFColor、SFFloat、SFImage、SFInt32、SFNode、SFRotation、SFString、SFTime、SFVecZf、SFVec3f等;要么是多值类型，可以有很多值，命名以“MF”开始，包括MFColor、MFFloat、MFInt32、MFNode、MFRotation、MFString、MFVecZf、MFVec3f等。路由 将两个节点连接起来 REMOTE节点TO节点使用VRML建立一个虚拟世界 几何形状的建立 颜色、纹理、光源及环境 视点、导航及用户感知 动画 声音 程序脚本几何形状的建立 基本体素的建立--Shape节点--形状几何由几何节点描述，如Box,Cone,Cylinder等。几何形状的建立（续1.1） 复杂形状的建立--动物、植物、地表、机械零件，等等...--可借助点、线、面来构建--对于地表等，甚至有特定的节点描述，如ElevationGrid节点几何形状的建立（续1.2） PointSetShape{appearanceAppearance{...}geometryPointSet{coordCoordinate{point[...]}}} IndexedLineSetShape{appearanceAppearance{...}geometryIndexedLineSet{coordCoordinate{point[...]}coordIndex[...]}}几何形状的建立（续1.3） IndexedFaceSetShape{appearanceAppearance{...}geometryIndexedFaceSet{coordCoordinate{...}coordIndex[...]solidTRUEccwTRUEconvexTRUE}} ElevationGridShape{appearanceAppearance{...}geometryElevationGrid{xDimension3zDimension2xSpacing1.0zSpacing1.0 height[……]...}}几何形状的建立（续2.1） Extrusion--条形、管形、环形…--可由Extrusion节点建立几何形状的建立（续2.2） 语法Shape{appearanceAppearance{...}geometryExtrusion{crossSection[...]spine[...]endCapTRUEbeginCapTRUEsolidTRUEccwTRUEconvexTRUEscale[...]orientation[...]}}几何形状的建立（续3） 将简单形状组合为复杂形状 组合节点：--Group{...}--Switch{...}--Transform{...}--Billboard{...}--Anchor{...}--Inline{...}颜色、纹理、光源及环境#VRMLV2.0utf8#ACylinderShape{appearanceAppearance{materialMaterial{}}geometryCylinder{height2.0radius1.5}}颜色、纹理、光源及环境(续1.1) Appearance节点描述外观--可通过Material节点控制材料属性，如颜色、高光、透明度等。--可通过纹理映射为表面增添细节。ImageTexture,PixelTexture,MovieTexture颜色、纹理、光源及环境(续1.2) Material节点示例Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor0.80.80.8emissiveColor0.10.10.1transparency0.0specularColor0.710.700.56shininess0.16ambientIntensity0.4}}geometry...}颜色、纹理、光源及环境(续1.3) ImageTexture节点示例Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{}textureImageTexture{url"wood.jpg"}}geometry...}颜色、纹理、光源及环境(续1.4) ImageTexture节点示例Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{}texturePixelTexture{image213//width,height,bytes0xFFFF000xFF0000//pixel,pixelvalues}}geometry...}颜色、纹理、光源及环境(续1.5) MovieTexture节点示例Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{}textureMovieTexture{url"movie.mpg"loopTRUEspeed1.0startTime0.0stopTime0.0}}geometry...}颜色、纹理、光源及环境(续2.1) 纹理图象在纹理坐标系中表示，可用texCoordIndex绑定到表面上。Shape{appearanceAppearance{...}geometryIndexedFaceSet{coordCoordinate{...}coordIndex[...]texCoordTextureCoordinate{...}texCoordIndex[...]}}颜色、纹理、光源及环境(续2.2) 纹理变换可以改变纹理在表面上的位置、方向及大小Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{...}textureImageTexture{...}textureTransformTextureTransform{translation0.00.0rotation0.0scale3.03.0}}}颜色、纹理、光源及环境(续3) 缺省状态下，有一个光源（在观察者头部的位置）。为达到更好的视觉效果，可加入多个光源。 光源类型：point,directional,spot--共同属性：开/关,强度,颜色--Pointandspotlights：位置,半径,衰减--Directionalandspotlights：方向 光源不能投射阴影。颜色、纹理、光源及环境(续4.1) 背景的作用：丰富场景 背景包括：--天空与地面--全景包围盒 利用背景的好处：与使用模型相比，生成速度快颜色、纹理、光源及环境(续4.2) 背景示例Background{skyColor[0.00.20.7,0.00.51.0,1.01.01.0]skyAngle[1.309,1.571]groundColor[0.10.100.0,0.40.250.2,0.60.600.6,]groundAngle[1.309,1.571]frontUrl"mountns.png"backUrl"mountns.png"leftUrl"mountns.png"rightUrl"mountns.png”#notoporbottomimages}颜色、纹理、光源及环境(续4.3) 雾的作用：--增强真实感--减少开发时间和绘制时间（遮挡用户视线） 雾有颜色、类型和可视范围 示例代码Fog{color1.01.01.0fogType"LINEAR"visibilityRange10.0}颜色、纹理、光源及环境(续4.4) 雾效果示例视点、导航及用户感知 视点（viewpoint节点)包括：-position,orientation,fieldOfView 缺省视点位置：(0.0,0.0,10.0) 视点可改变 文件中的第一个viewpoint即是entrypoint. 示例代码Viewpoint{position0.00.010.0orientation0.00.01.00.0fieldOfView0.785description"EntryView”//descriptionforviewpointmenu}视点、导航及用户感知（续1） 不同的场景需要不同的导航方式　　--室内、地形、CAD模型,... 用户可指定导航方式：walk,fly,examine,none,any 用户可描述观察者的大小及运动速度 示例代码NavigationInfo{type["WALK","ANY"]avatarSize[0.25,1.6,0.75]speed1.0headlightTRUE}视点、导航及用户感知（续2） 用户感知是通过三个传感器(Sensor)节点来实现的：--VisibilitySensor：观察者能否看到某一区域--ProximitySensor：观察者是否在某一区域内--Collision：观察者是否与物体碰撞 主要作用：触发动画 动画 特点：随时间改变--位置、方向、颜色等--VRML中：不断改变节点的某个域的值 两个基本的控制条件：--何时开始、何时结束--变化速度 VRML是一种解释性语言，它既无局部变量也无全局变量用于在VRML的世界间传递信息。 动画（续1） VRML采用事件(Events)作为两个不同节点间传输数据的方式。 VRML的节点中，有的能生成事件（eventOut），有的可接收事件(eventIn)，有的既能生成也能接收(exposedField)。 第一个事件一般由外部影响触发。外部影响的形式不一（如时间、用户在物体上点击等）。而一旦初始事件产生后，它将触发其他事件，产生多米诺效应。动画（续2.1） 要设置动画，我们需要：--发送事件的节点--接收事件的节点--连接上述两个节点的路由（route）动画（续2.2） 输出示例--OrientationInterpolator节点的eventOut:--value_changed输出旋转参数值--PositionInterpolator节点的eventOut:--value_changed输出位置(平移)参数值--TimeSensor节点的eventOut:--time输出时间值动画（续2.3） 输入示例--Transform节点的eventIn:--set_translation--set_rotation--set_scale--Material节点的eventIn:--set_diffuseColor--set_emissiveColor--set_transparency动画（续2.4） 路由(ROUTE)将两个节点连接起来：--输出节点的名称和eventOut域的名称--输入节点的名称和eventIn域的名称 示例--ROUTEMySender.rotation_changedTOMyReceiver.set_rotation ROUTE和TO必须大写动画（续3） Demo声音 声音将使得虚拟世界更加精彩--声音可由观察者触发，如按门铃--声音也可以是连续的背景音乐 声音有两个组成部分：--声源：提供声音信号，由AudioClip节点指定--发射器(emitter):将信号转换成虚拟声音，主要设置　　一些与声音位置等有关的参数，在Sound节点中指定声音（续１） Sound节点示例 Sound{ sourceAudioClip{ url"myfile.wav" pitch1.0 startTime0.0 stopTime0.0 loopFALSE } location0.00.00.0 direction0.00.01.0 intensity1.0 spatializeTRUE priority0.0 minFront1.0 minBack1.0 maxFront10.0 maxBack10.0 }声音（续２） 声音的触发 Group{ 　children[ Shape{...} DEFC4TouchSensor{} Sound{ sourceDEFPitchC4AudioClip{ url"tone1.wav" pitch1.0 } maxFront100.0 maxBack100.0 } ] } ROUTEC4.touchTimeTOPitchC4.set_startTime程序脚本 真正意义上的交互和复杂的动画是由程序脚本来实现的。 程序脚本的代码可用JavaScript,Java,VRMLscript或其他语言来写--JavaScript易于学习--Java功能更强--VRMLscript==JavaScript创建高效的VRML世界 用户能否与VRML世界进行流畅的交互，至少取决与以下两个因素：--文件的下载速度：文件大小--绘制速度：场景描述的复杂程度 两个问题：--如何有效地减少文件大小？--如何有效地描述场景？创建高效的VRML世界（续1） 减少文件大小--消除空白间隔--浮点数取整--使用压缩文件--尽可能使用基本体素--尽可能使用已有的法向量--对于反复使用的物体，可先对其命名(DEF)，然后再重复使用(USE)。--…...创建高效的VRML世界（续2） 有效地描述场景--用尽可能少的多边形描述物体--在可能的情况下，多利用纹理--合理地利用光源--将LOD节点和Inline节点有机结合使用--依据物体的空间位置将其合理地放置在文件中--借助脚本隐藏多余的物体或动画--有节制地使用碰撞检测--…...VRML200x-X3D 一致、可预测的事件模型 更一般、一致的SAI 支持键盘设备 支持高精度数据 支持NURBS、支持曲面 支持与VRML内嵌的web页面的通讯 …... 采用XML编码(X3D)以与Web紧密集成VRML的未来VRML200x-X3D（续1） 1999年上半年，Web3DConsortium即发布新闻表达了建立VRML200X-X3D（简称X3D）的意图。 其目的是与VRML2.0向下兼容，集成XML以提高其可扩充性。VRML200x-X3D（续2） XML（可扩展标记语言），描述了一类称为XML文件的数据对象，同时也部分地描述了处理这些数据对象的计算机程序的动作。--XML是SGML针对特定应用领域的一个子集，或者说是SGML的一种受限形式。根据定义，XML文件是合乎规范的SGML文件。 XML的设计既考虑了实现的方便性，同时也顾及了与SGML和HTML的互操作性。 W3C推荐将XML用于结构信息交换（structuredinformationexchange)，目前已得到较为广泛的应用。VRML200x-X3D（续3） XML设计目标--XML应该可以直接用于因特网(Internet)。--XML应该支持大量不同的应用。--XML应该与SGML兼容。--处理XML文件的程序应该容易编写。--XML中的可选项应无条件地保持最少，理想状况下应该为0个。--XML文件应该是人可直接阅读的，应是条理清楚的。--XML的设计应快速完成。--XML的设计应该是形式化的，简洁的。--XML文件应易于创建。--XML标记的简洁性是最后考虑的目标。VRML200x-X3D（续4） 采用XML编码使得VRML有一个坚实的基础。其优点主要有:--坚实的国际化基础(soundbasisforinternationalization)--强有力的结构化能力(structuringcapability)--基于XML的语法对于实现而言是开放的(opentoimplementation)openGLOpenGL简介 什么是OpenGL OpenGL的组成 一个简单的绘图程序 OpenGL函数命名规范 NT环境中OpenGL的命令解释流程什么是OpenGL 是一个功能强大的图形库，用户可以很方便地开发所需要地有多种特殊视觉（如光照，纹理，透明，阴影）的三维图形。 与软硬件平台无关的三维图形软件包，可运行于多种窗口系统之上 包含图元生成、投影、光照、光栅化等图形显示过程所需的功能发展历史 前身是由SGI公司为其图形工作站开发的IRISGL，是一个工业标准的三维图形软件接口。 向其他平台移植时，开发了OpenGL, 有GL的功能，而且是开放的，使用于多种硬件平台及操作系统， 用户可以创建出接近光线跟踪的高质量静止或动画的三维彩色图象，而且是要比光线跟踪算法快一个数量级。OpenGL的组成 OpenGL库 包括115个基本函数 函数以gl开头 例：glColor3f(),glTranslate3f(). 完成图元的定义、几何变换、投影等功能OpenGL的组成（续） OpenGL实用库 实用函数43个 函数以glu开头 例：gluPerspective(); 完成更高层的图形处理如曲线曲面的生成、图象操作等 OpenGL辅助库 包括函数31个 函数以aux开头 例：auxInitWindow(); 主要用于窗口管理主要特点 OpenGL可以在网络上工作，即客户机/服务器型，显示图形的计算机（客户机）可以不是运行图形程序的计算机（服务器），客户机与服务器可以是不同类型的计算机，只要两者服从相同的协议。 OpenGL是与硬件无关的软件接口，可以在多种硬件平台上运行,使得OpenGL的应用程序有较好的移植性。OpenGL的工作顺序 构造几何要素（点，线，多边形，图象，位图），创建对象的数学描述。 在三维空间上放置对象，选择有利的场景观察点。 计算对象的颜色，这些颜色可能直接定义，或由光照条件及纹理间接给出。 光栅化，把对象的数学描述和颜色信息转换到屏幕的象素。另外，也可能执行消隐，以及对象素的操作。OpenGL程序的基本结构 第一部分是初始化部分： 主要是设置一些OpenGL的状态开关，如颜色模式（RGBA或ALPHA）的选择，是否作光照处理（若有的话，还需设置光源的特性），深度检验，裁剪等等。 这些状态一般都用函数glEnable(???),glDisable(???)来设置，???表示特定的状态。 第二部分设置观察坐标系下的取景模式和取景框大小。主要用到三个函数： voidglViewport(left,top,right,bottom)； 设置在屏幕上的窗口大小，四个参数描述屏幕窗口四个角上的坐标（以象素表示）；voidglOrtho(left,right,bottom,top,near,far)； 设置投影方式为正交投影（平行投影），其取景体积是一个各面均为矩形的六面体;voidgluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)； 设置投影方式为透视投影，其取景体积是一个截头锥体，在这个体积内的物体投影到锥的顶点。  第三部分是OpenGL的主要部分，使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，包括点线面的位置和拓扑关系，几何变换，光照处理等等。 注：移植到使用MFC框架下的Windows程序中，由于Windows自身有一套显示方式，需要进行一些必要的改动以协调这两种不同显示方式。绘图前的一些准备工作 清除当前窗口的内容，以免影响绘图的效果voidglClearColor(red,green,blue,alpha); 给定当前屏幕的背景设置颜色，red,green,blue,alpha为RGBA颜色值. voidglClear(mask); 命令标志要清除的缓冲区。可以清除的缓冲区如下表所示：  可以用glClearColor,glClearDepth,glClearIndex,glClearStencil,glClearAcc函数为各自对应的缓冲区赋值。若要同时清除多个缓冲区，使用上表中所列的mask位或组合，在速度上要比使用多次调用glClear函数要快得多。描述几何要素 按一定的顺序给出几何要素的顶点，glVertex命令指定一个顶点，并在生成顶点后，把当前颜色，纹理坐标，法线等值赋给这个顶点。 函数voidglVertex{234}{sifd}{v}(coords); 有时用矢量形式定义顶点，执行效率高，但是它只能在glBegin与glEnd之间调用才有意义。 glBegin标志几何要素定义的开始，glEnd函数则标志结束一个几何要素的定义。 函数 voidglBegin(Glenummode);mode的值见下表。一个简单的绘图程序 例程#include<windows.h>#include<gl.h>#include<glu.h>#include<glaux.h>voidmain(void){ OpenAWindow(); //创建一个窗口 InitOpenGL(); //初始化OpenGL glColor3f(1.0,1.0,1.0); //设置当前颜色 glBegin(GL_POLYGON); //开始绘图 glVertex2f(-0.5,-0.5); glVertex2f(-0.5,0.5); glVertex2f(0.5,0.5); glVertex2f(0.5,-0.5); glEnd(); glFlush(); //强制输出 KeepTheWindowOnScreenForAWhile(); //使窗口在屏幕上保留一会}OpenGL函数命名规范 voidglVertex3fv(Glfloat*vertex); 前缀 后缀 前缀 gl，glu，aux----该函数属于哪个函数库 后缀 2，3，4----参数的维数 b，s，l，f，d，ub，us，ui----参数的数据类型 v----以数组方式传递参数 函数名中的单词首写字母大写NT环境中OpenGL的命令解释流程OpenGL命令OpenGLDLL客户服务器OpenGLICD加速卡DDIWin32DDIServerDLL视频驱动应用程序不带加速卡带加速卡应用程序OpenGL命令OpenGLDLL客户服务器ServerDLLWin32DDI视频驱动NT环境中OpenGL的命令解释流程 ICD是可安装的客户驱动（InstallableClientDriver） DLL是动态联接库（DynamicLinkLibrary） DDI是设备驱动接口（DeviceDriverInterface）虚拟农业虚拟现实技术在农业中的应用缘起 在S-863高技术规划、农业领域中的农业信息技术组讨论过程中提出了虚拟农业的概念(1996年11月)，经过多次论证，已经列入S-863先期启动计划。概念 以农业领域研究对象(农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、资源高效利用等)为核心，采用先进信息技术手段，实现以计算机为平台的研究对象与环境因子交互作用，以品种改良、环境改造、环境适应、增产等为目的技术系统，其成果应接受实践的检验。概念(续) 虚拟农业正是农业研究方法的革新，它将可以充分地发挥农业科技人员的智慧和想象力，提高农业领域研究的效率，促进农业的发展。虚拟农业的实现需要大量的背景数据，例如，土壤、水分、气象等，科学数据库可以充分发挥其作用。国外的一些情况 在新西兰Hort研究所一个研究小组的电脑屏幕上，几维果(猕猴桃)树发芽、长大、叶片展开、花儿盛开、果实开始成长——一整年的生长周期被缩至不到1分钟的时间。该研究小组正在研究几维果的果实的甜度与叶片之间距离的关系，果树专家们都知道，果实的甜度与它距离叶片的远近有关，因树叶是果实中糖分的主要来源。在上述虚拟画面中，藤蔓上几维果慢慢转为深浅不同的红色，在最厚的天蓬下面、苗木内部发出最红的颜色——它表示最甜的几维果，同时还可以计算出在该叶片上一定比例的面积被虫咬过后，它向果实输送的糖量会受到怎样的影响。该系统人们称之为虚拟几维果树。目前他们还在积极寻找一种即能对付虫害而又不污染环境方法，并试图改变农作物形状或叶子形状的办法，达到消灭害虫藏身处或觅食途径来减少害虫侵袭，有利于人类及环境的虚拟作物的实现，然后再寻找相应基因，把它们转移到真实的农作物中去。国内的一些情况 中国农业科学院科技文献信息中心多媒体技术研究室正在开展虚拟苹果方面的研究。 中国农业大学正在开展虚拟小麦、玉米、棉花的研究虚拟作物系统的结构虚拟农业的应用设想 ①以水稻、玉米、小麦、大豆、棉花等主要农作物的高产、稳产、品质、品种为目的虚拟； ②以提高猪、牛、羊、鸡、鱼等主要肉类产品的品质、产量为目的虚拟，以及新品种的虚拟； ③以提高设施农业利用效率为目的虚拟； ④以提高资源综合利用效率为目的虚拟； ⑤以农产品市场为对象的虚拟，等。植物的生长发育是一个十分复杂的过程。传统的耕作方法和研究手段无法快速、准确、动态地监测各农业环境因素变化和作物生长发育状况，难以明确环境条件对作物生长影响的定量化关系。通过计算机模拟技术，对作物生长的环境条件进行控制实验，完全可以做到传统农业不能做到的事情，达到投入产出的最大效益。通过计算机模拟不同天气、光热、土壤、水肥等措施条件，观察不同环境对作物生长发育和产量形成的作用，可以很快找出影响作物生长的主要因素，为农业生产的管理决策提供有力的依据。意义： 改进作物生产：培育高产品种一直是种植业研究领域的难题，运用空间信息。技术对作物生育期内群体空间结构的动态模拟，可以快速寻找出作物的理想株型，由此应用基因工程技术便能培育出具有充分利用光能的高光效作物品种。 通过虚拟农业技术研究作物内物质转移的空间规律，建立果实品质与着生部位的联系，可获得具有理想品质的产品。有专家预计，未来10年内将培育出高蛋白转基因玉米植株，其籽粒蛋白质含量达40％，可与大豆蛋白质含量媲美。 依靠育种专家系统，可以协助育种工作者进行亲本选配、及自交系评价，减少浩繁的事务性工作及盲目性，从而提高育种效率。还能在节约各种大量的农业资源的同时，更好地协调好社会效益、经济效益和生态效益。作用： 农田空间诊断与精确管理：通过农业空间信息技术，可以分析出害虫在作物群体三维空间中的藏匿和取食路径的规律，为培育降低病虫害的作物品种和合理定位喷药提供科学的依据，达到高效防治病虫害的目的 设施农牧精细管理：近几年来，运用农业信息技术在计算机上可产生与温室大棚同样的条件，可以根据作物在不同环境条件下生长发育的模拟结果，调节光、热、水、气、矿物质等要素，确定温室内的最优种植制度和栽培措施，提高资源的利用率，使单位面积的生产能力成倍乃至数十倍地提高，形成高效益生产。作用： 建立虚拟农场：结合农业信息系统、作物模拟、虚拟现实技术，可在计算机上建立虚拟农场，根据农场的位置、土地面积、气候、市场和经济条件，虚拟种植各种作物，这样可以计算不同作物种植结构的产量、收益和风险，为实际农场管理提供最优决策模式。 网络远程服务与产品交易：随着农业产业结构调整，各种专业化服务队伍越来越多，如何用数字化的手段有效地提供远程信息服务和知识服务作用：虚拟植物的例子虚拟植物的例子虚拟植物的例子6stagesinthelifeofabean分形实例-分形植物分形实例-分形植物思考 什么是虚拟农业 虚拟农业的意义 虚拟农业的作用一个例子：告诉你“一牛顿的力”与被打一巴掌(一牛顿力)，两者对人的感受显然是不一样的。http://www-vrl.umich.edu/intro/hmd.htmlhttp://www-vrl.umich.edu/intro/AndreOnBoom_lts.jpghttp://www-vrl.umich.edu/intro/cave.html