关键词:
虚拟现实技术
农业虚拟实验室
Solidworks
Unity3D
摘要:
近年来,我国越来越重视对新型职业农民数字素养与技能培训的融合。传统方式下的农业机械技术培训面临着受制于现实场景,需要花费较大的人力、物力成本的情况。相较于传统的培训方式,虚拟实验室可以为新型职业农民提供一个安全、便捷、成本低廉的实验教学工具。本文结合黄三角农高区的农业创新发展方向和新型职业农民的职业培训现状,基于虚拟现实技术设计了一个相关的农业虚拟实验室,系统具有仿真度高、交互性强、功能丰富等技术特点。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)从系统内容、用户需求和功能需要三个方面进行需求分析,提出一个以横轴式旋耕机为培训内容的农业虚拟实验室设计方案。该系统包括实验室场景漫游模块、界面交互功能模块、实验交互功能模块、路径规划模块四部分,明确了农业虚拟实验室系统的开发技术和开发环境。(2)将国产1WG4.2-100FQ-Z型横轴式旋耕机作为三维虚拟建模对象,利用Solidworks建模技术将整机和各部分零件进行建模。使用Blender三维渲染技术对模型进行参数设置和颜色渲染,通过材质、纹理渲染提高虚拟对象的真实感,最后将渲染完成的模型导入进Unity 3D中。(3)在虚拟场景中选用A*算法、JPS算法和Dijkstra算法分别进行旋耕机避障的路径规划,以减少在盐碱地面中有障碍物情况下造成旋耕机的损耗情况。针对传统寻路避障速度较慢的问题,提出了一种基于改进搜索函数的JPS算法,在Unity 3D中实现A*算法、Dijkstra算法和改进JPS算法的路径规划实验。实验结果表明改进的JPS算法是一种更为高效的避障路径规划算法。(4)通过Unity 3D设计与开发虚拟实验室平台,实现了农业虚拟实验室的界面设计和交互功能。该平台可进行用户注册与登录、实验室场景功能、虚拟理论课程培训、实验操作、实验考核和数据管理等功能的虚拟实验场景,可完成旋耕机的整机装配和拆卸、路径规划等实验。通过My SQL数据库技术实现信息管理与储存。最后,对系统进行性能、功能、路径规划和数据库测试,并将系统在Windows10平台发布,运行测试结果良好。本文结合虚拟现实技术,通过对真实旋耕机的建模、模拟使用和路径规划等培训内容,实现了一个农业虚拟实验室。新职业农民可以通过虚拟实验室沉浸式地体验机械培训课程,同时学习常用的智能、高效的避障路径规划,从而更快地优化农业技术方案,以提高新型职业农民数字素养与技能培训的融合。