[發明專利]一種基于虛擬現實的種植環境控制系統和方法

有效

• 申請號: 201710834263.6
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107491127B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李想;魏小紅;陳昕;盧韜;汪旭東
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種基于虛擬現實的種植環境控制系統和方法，所述系統包括虛擬現實模塊和控制模塊；所述控制模塊用于實時控制種植環境中各設備的工作狀態；所述虛擬現實模塊用于構建種植環境全景模型，實時收集種植環境中各設備狀態信息，并更新各設備在種植環境全景模型中的顯示狀態。通過虛擬全景模型，將控制效果在全景模型中進行實時效果、狀態現實，實現了控制中的交互體驗，反饋回來的工作狀態數據實時編輯更新對應虛擬種植環境設備圖像中的工作狀態數據，使得虛擬種植環境設備圖像能反映出真實的工作狀況，可以隨時根據新添設備以及更換種植作物等的需要修改種植環境立體圖像進行種植環境布置設計預覽。

技術領域

本發明涉及虛擬現實技術領域，更具體地，涉及一種基于虛擬現實的種植環境控制系統和方法。

背景技術

作為21世紀的高新技術，虛擬現實技術已被廣泛應用于工業、農業、軍事、醫學、建筑等。在農業中的應用主要有：科研實驗、農機設計與制造、教學、農技推廣、農業生態景觀的模擬等方面。研究表明，現有的虛擬現實農業技術主要是模擬現實，使人產生身臨其境的感覺并且能夠操縱其內的物體，并未真正連接真實環境，實現對真實環境的控制。

隨著互聯網和傳感器的快速發展和普及，溫室、大田智能控制系統逐漸應用到蔬菜大棚上。通過實時監測棚內的溫度、含濕量、光照強度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量等指標，并實時傳遞給計算機系統，系統經過分析和推理，發出指令指揮棚內的自動系統進行施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚內環境，保證系統正常運行，使植物在最適宜情況下生長。智能控制系統將信息技術與計算機結合起來，在農業上加以應用，實現了農業發展的變革，也是未來農業發展的具體方向。

傳統的種植環境控制系統主要分為兩種，一種是多個菜單式的控制模式，另一種是視覺與菜單分開的界面。前者只能在遠端控制水泵、側窗等設備的開關；后者在前者的基礎上，可觀察到當地作物的生長狀況及周圍環境。但兩者的控制按鈕與視覺頁面分開，并未實現人機交互。

國內現階段的溫室、大田控制系統界面和操作普遍較為簡陋，對狀態數據和設備控制過程的展示較為抽象。首先，應用到展覽和科普中，對展覽的參觀者、接受科普的學生缺乏吸引力；其次，應用到實際種植環境控制中，對操作者要求較高，不利于初學者或計算機操作不熟練的農民掌握。且將三維的種植環境映射為二維，需要較強的空間想象能力；同時狀態和操作均不夠直觀，狀態常通過數據呈現，且數據呈現與種植環境示意圖分離，用戶的操作也僅能通過按鈕執行，與實際種植環境中的自然交互方式不符。用戶很難建立對種植環境狀態的直觀感受，同時不自然的交互也不利于用戶實施精確控制，影響用戶的工作效率。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于虛擬現實的種植環境控制系統和方法，解決了現有技術中控制效果不直觀、操作難度高、沒有交互式體驗的問題。

根據本發明的一個方面，提供一種種植環境控制系統，包括虛擬現實模塊和控制模塊；所述控制模塊用于實時控制種植環境中各設備的工作狀態；所述虛擬現實模塊用于構建種植環境全景模型，并實時收集種植環境中各設備狀態信息，根據控制模塊的實時控制更新各設備在種植環境全景模型中的顯示狀態。

作為優選的，還包括分類模塊，所述分類模塊用于將種植環境中的點劃分為觀察點和設備點，定義觀察點和設備點在種植環境中的坐標，并將設備點與種植環境中各設備一一對應。

作為優選的，所述虛擬現實模塊包括圖像編輯子模塊和顯示子模塊；

所述圖像編輯子模塊用于獲取種植環境內任意觀察點的全景視圖，生成全景視圖素材，并構建虛擬的種植環境模型，將全景視圖素材以三維建模的形式融入種植環境模型，建立虛擬的種植環境全景模型；

所述顯示子模塊用于向用戶顯示的觀察點全景視圖。

作為優選的，所述虛擬現實模塊還包括采集子模塊；所述采集子模塊用于實時采集種植環境中各設備的狀態，并通過顯示子模塊進行顯示。