刘浩 杨磊 董畅 朱垣锝 高特

摘   要：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。

关键词：虚拟现实技术;果树修剪;农业

早在1863—1972年，虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）的萌芽阶段就已经研发了应用于飞行员练习等的多种模拟器与第一款交互式电子游戏Pong。而在1973—1989年，虚拟现实概念的产生和理论初步形成阶段，VPL公司的Jaron Lanier在1984年首次提出“虚拟现实”的概念。顾名思义，“虚拟现实”就是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系統，具有沉浸性、交互性、多感知性、构想性、自主性的特点。时至今日VR技术已经广泛应用于农业、工业、教育、设计等诸多领域，而在农业实验方面的应用较少。根据目前VR技术的应用可以了解到，VR技术可以提供优质的虚拟环境，用于实验学习等，使用者可以通过一系列的自然动作和对象发生相互作用，可以更有效、更节约地学习、实验。本文就VR在农业果树修剪方面的应用进行研究与探讨。

1    虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术是利用三维图形技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成形象逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或者利用键盘、鼠标等输入设备便可进入虚拟空间，与其中的模型、场景进行实时交互，感知和操作虚拟对象，达到身临其境的效果[1]。

2    虚拟现实技术的特性

2.1  沉浸性

沉浸性是虚拟现实技术最主要的特性，可以让使用者身临其境，通过优秀的感知系统让使用者可以接近真实地感知到周围虚拟世界的刺激，包括触觉、味觉、听觉、运动感知等，让使用者产生思维共鸣，如同进入真实世界[2]。

2.2  交互性

交互性是使用者在虚拟世界中对周围环境和物体的可操作程度和得到反馈的自然程度。当使用者进行某种操作时，周围环境和物体也应该反馈给使用者相应的情况。

2.3  多感知性

人类拥有许多感知周围环境的方法，如触觉、嗅觉、听觉等，而最理想的虚拟现实就是能在虚拟世界为使用者提供一切真实的感受，但是由于目前技术限制，虚拟现实的传感功能还未完善。

2.4  构想性

“虚拟现实”，根据名称得知这是一个想象的世界，可以帮助使用者拓展认知范围，发散思维，创造新的概念和环境。

2.5  自主性

在虚拟的世界中，使用者作为世界的主体可以尽情创造、改变周围的环境，建造自己的私密空间。

3    VR技术在果树修剪中的应用

3.1  优势

3.1.1  弥补了远程教学条件的不足

早在几年前，我国就开始致力于“虚拟果树修剪培训系统”的研究，该系统是一个果树修剪仿真培训系统，模拟果树在生长过程中真实可能发生的多种情况。使用者扮演修剪者的角色，可以通过VR中的虚拟剪刀对其进行随心所欲的修剪，系统后台可以根据修剪枝条的不同，实时模拟出修剪所产生的结果，还可以演变该后果所带来的一系列影响，如枝条生长方向的改变，枝量多少的改变，发芽、结果率、产量、果实质量的好坏等。可以解决场地、时间、经费等问题，并且获得与真实操作一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

彻底打破时间、空间的限制。通过VR技术可以将果树生长周期缩短，忽略现实中果树生长的时间限制，将果树修剪的经验浓缩化地展现在使用者面前，更直观、简单易学。只要携带VR设备，便可随时随地地进行操作学习，不用再等待果树成长，不用烈日之下在农田干活，可以在舒适的环境下学习操作。使用者通过对虚拟系统的使用，快速地掌握果树修剪的基础方法。将该系统应用于果树养殖培训学习中可以大大提高学习效率，迅速掌握果树修剪的基础方法，加快农业方面的人才的产生速度，间接推动我国农业的进一步发展。

3.1.2  避免了实际操作所面临的危险和资源浪费

虚拟的世界中，果树可以重复多次修剪，无限次地再生、重置。大大缩减了修剪过程中资金、能源的浪费。且虚拟世界中的一切都是虚拟的，不会产生任何危险，即使修剪失败也可以重置果树，现实结果不会受到影响。

3.2  特点

3.2.1  使用方便

随着现代技术的发展，手机也变成了必需品。手机的普及使得VR设备变得十分简便，研究的“果树修剪培训系统”完全可以转变为一个手机软件，这样当使用者想要进行学习或者娱乐体验时，仅需一个头盔或者眼镜外加一个手上操控器就可以随时随地进行VR体验[3]。

3.2.2  可交互

VR技术的可交互程度是非常高的，当进行“果树修剪培训系统”的学习体验时，通过手上的操作器，可以实时模拟人手等多种工具进行对果树或者周围环境的更改。高度的交互性可以确保使用者的沉浸性体验。

3.2.3  可扩展

VR技术可应用的设备多种多样，如手机、电脑、电视等，使得教学更加便利。例如，当一个学员在进行虚拟培训的时候，老师可以将该学院的操作画面传导出来，无论是通过电视还是电脑，这个学员在使用时所产生的问题或优点都可以实时传递给多位学员。

3.2.4  体积小信息量大

当今手机作为VR技术的载体是十分火热的现象，同时VR技术也拥有了手机的特性，轻便小巧，信息内容也可以通过互联网简便、大量地获取。

3.3  存在的问题

3.3.1  初步上机有难度、不适应

VR技术虽然已经问世一段时间，但对于大众来说还是较为新兴的技术形式，并没有完全普及，初步学习使用过程中难免会产生各种方面的问题。

虚拟与现實的操作缺乏有机结合，因为技术的限制，在整体都是虚拟物体的环境下，操作是没有真实触感的，而且真实物体可能会更加复杂多变。如此产生了在虚拟培训中操作顺畅，现实去修剪时却无从下手的问题。而且因为VR技术的可重置功能，使用者习惯了可以重新开始，让他们去进行违背现实的不可逆的操作时会产生担心、害怕的心理。

3.3.2  局限性可模拟结果数据较单一

大自然是千变万化的，植物的生长也可能产生意料不到的情况，人类所知道的、了解的是赶不上大自然变化的，所以在进行实际的果树修剪过程后所产生的结果，和模拟的结果是有所区别的。

3.4  完善的方法

3.4.1  提高操作能力

随着科技的发展，VR技术的操作性等各方面肯定会越来越好，操作方法会越来越简便。就目前技术水平而言，想要提高操作熟练度，需要专业人员对所有学生进行集中培训，对VR技术仪器及相关操作方法进行讲解，使学生都具备操作仪器的能力

3.4.2  虚拟与现实相结合

在进行虚拟培训的同时，需要带学生偶尔下乡或者在一些市区的果园观看专业修剪人员工作的真实过程，进行实践修剪操作体验，吸收工作人员的经验，进行专业的知识拓展。

3.4.3  系统进一步完善

不断地对程序系统进行优化改进，对教学培训结果进行收集反馈，针对其中存在的问题进行解答。不断地收集果树生长等各种数据，完善系统，创造更真实、更有效的学习体验。

4    结语

果树存在较长的生长周期，需要考虑季节影响，严重制约了果树修剪学习的进度，间接影响了果业的发展。VR技术作为一种仿真模拟技术，可以弥补较长时间的学习空白期，且期间还可以将理论和实践相结合，大大缩短了果树修剪培训的时间，节约了成本和时间，同时提高了学生独立学习思考的能力，提高了学习的动力和学习质量，为我国果业增加了人才储备，促进果业的发展。目前，VR技术还不够完善，但随着探讨和研究，前景是十分可观的。

[参考文献]

[1]王剑，周国民.基于虚拟现实技术的果树修剪培训系统的研究[J].浙江农业科学，2009（1）：213-216.

[2]郑彦妍，周国民.虚拟现实与果树修剪[J].农业网络信息，2004（8）：10-12.

[3]吕萌萌，陆声链，郭新宇.果树虚拟修剪研究进展[J].系统仿真学报，2015（3）：448-460.