虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统

2019-07-24 17:10:45 0
虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统


温室、大田智能控制系统,因为21世纪互联网和传感器的快速发展和普及而逐渐应用到蔬菜大棚上。通过实时监测棚内的温度、含湿量、光照强度、二氧化碳含量、土壤的温度和含湿量等指标,并实时传递给计算机系统,系统经过分析和推理,发出指令指挥棚内的自动系统进行施肥、升温、加水等正确操作,保持棚内环境,保证系统正常运行,使植物在最适宜情况下生长。智能控制系统将信息技术与计算机结合起来,在农业上加以应用,实现了农业发展的变革,也是未来农业发展的具体方向。

国内现阶段的温室、大田控制系统界面和操作普遍较为简陋,对状态数据和设备控制过程的展示较为抽象,首先,应用到展览和科普中,对展览的参观者、接受科普的学生缺乏吸引力;其次,应用到实际温室控制中,对操作者要求较高,不利于初学者或计算机操作不熟练的农民掌握。一方面,将三维的温室映射为二维,需要较强的空间想象能力;另一方面,状态和操作均不够直观,状态常通过数据呈现,且数据呈现与温室示意图分离,用户的操作也通过按钮执行,与实际温室中的自然交互方式不符。用户很难建立对温室状态的直观感受的同时,不自然的交互也不利于用户实施精确控制。传统的温室控制系统如下图所示:


虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统



图 现有温室控制系统示例

我国的智能温室控制系统多年停留在简单的数据展示和远程简单控制阶段,已成为了阻碍智能温室精细化控制和大规模推广的主要问题之一。

二、系统简介

为了破解上述难题,我们采用虚拟现实(VR)技术,研发基于虚拟现实的智能温室、大田控制系统,在虚拟现实中实现对温室、大田身临其境的沉浸式漫游和远程控制。其特色是,VR温室、大田和真实温室、大田1:1建设,用户戴上VR眼镜,好像身处真实的温室、大田环境,通过走动,可以实现、大田对温室身临其境的漫游。且通过中间件实时连接真实温室、大田设施,真实温室、大田的各种状态数据直观的漂浮在设备之上;用户操控VR手柄,可以控制真实温室的风机、顶棚、喷雾、湿帘等设备的同步开关。

该系统需要具备如下功能:

1)温室、大田整体环境漫游:戴上VR设备,用户即感觉身处真实的温室,各类设施的形态和位置与真实温室一模一样,在远程即实现了对温室的走动漫游参观。


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图 通过VR手柄实现走动漫游

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图 VR日光温室

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图 VR玻璃连栋温室

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图 VR大田

2)温室、大田状态直观获取:真实温室的状态可以在VR场景温室实时展示。传感器数据将采用漂浮的方式漂浮于VR传感器上方,设备状态如卷帘、风机等,将与真实温室的相同设备联动,真实设备正在作业,VR温室同步作业,温室状态达到完全同步真实反应。数据通过中间层交互。


虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统



图 真实温室数据实时传送到VR温室控制系统

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图 通过手柄指向传感器显示数据

虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统



图 数据交换中间层

3)温室、大田设备远程实景式操控:VR温室能够实现对远程真实温室的操控和操控效果的及时反馈。在VR温室中,通过手柄激光指向操控设施,远程真实温室设施也同步运转,作业效果及时反馈到VR温室,实现效果的同步显示。


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虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统



虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统



图 通过VR手柄操作卷被、风机、空调

三、作用与意义

首先,本产品将在农业科普领域发挥价值。我国的农业科普手段长期处于相对单一的状况。对设施农业的科普一般分为两种方式,其一是建设实际温室设施;其二是采用微缩模型+视频的方式展示。前者投入较大,后者不够直观。本产品利用最新颖的VR形式,可以将最现代的最先进的农业设施、智慧农业的理念通过直观可接触的形式展现出来,能有效地提高中小学生群体的兴趣,得到较好的科普效果。

其次,本产品是一种良好的智慧农业展示方式。各地纷纷兴建的高端农业展厅,均大同小异,通过沙盘和大屏幕投影进行展示,展示手段单一,效果不够直观。本产品能够直观的展现实际温室的状态,并可以支持嘉宾感受实际操作。从单纯的“看”到“身临其境的感受”,是展示效果的质的提高。

第三,是新型农民培训的有利工具。对于飞行员、驾驶员培训,往往通过模拟舱进行,农民培训也应引入此思路。但模拟温室建设耗费巨大。同时,传统的智能温室控制系统,通过传统组态工具等构建的界面,不够直观,学习成本较高,让不熟悉计算机的农民难以接受。本产品有效地解决了这个问题,以所见即所得的自然交互方式,将有效降低使用者学习成本,能让农民以最接近实际的方式,学习温室操作。

第四,新型温室大田控制方式。随着VR设备的普及及智能温室设施大规模应用,本系统也将大规模普及,在温室实际控制中发挥巨大作用。

四、VR设备及工具介绍


虚拟现实VR智慧温室、大田控制系统



图 HTCVive设备

HTCVive是一款虚拟现实头戴式显示器,由宏达国际电子(HTC)和维尔福公司(ValveCorporation)共同开发,发布于2016年4月5日。它也是维尔福公司的SteamVR项目的一部分。这款头戴式显示器的设计利用“房间规模”的技术,通过传感器把一个房间变成三维空间,在虚拟世界中允许用户自然地导航,能四处走动,并使用运动跟踪的手持控制器来生动地操纵物体的能力,有精密的互动,交流,和沉浸式环境的体验。HTCVive具有90赫兹的刷新速率。该设备使用两个屏幕,每眼一个屏幕,每个屏幕具有1080×1200分辨率,具有较高的清晰度和直观感受。

VR温室、大田控制系统通过Unity3D引擎开发。Unity是一套跨平台的游戏引擎,可用于开发Windows、MacOS、Linux平台的单机游戏,或是iOS、Android移动设备的游戏。Unity也可开发支持WebGL技术的网页游戏,或PlayStation、XBox、Wii主机上的游戏。Unity支持PhysX物理引擎、粒子系统,并且提供网络多人连接的功能,无需学习复杂的编程语言,匹配游戏制作上的各项需求。Unity的推出降低游戏开发的门槛,即使是个人或小型团队制作游戏也不再是梦想。对于游戏公司而言,选择使用Unity引擎也可以缩短游戏的开发时间。Unity类似于Director,Blender,Virtools或TorqueGameBuilder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件其编辑器运行在Windows和MacOSX下,可发布游戏至Windows、Wii、OSX或iOS平台。也可以利用Unitywebplayer插件发布网页游戏,支持Mac和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Macwidgets所支持。