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1虛擬現實

虛擬現實(VR一Virtualreality)，又稱為靈境，是一種可以創造和體驗虛擬世界的計算機系統，虛擬世界是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的沉浸感、交互感。虛擬現實技術實際上是包括計算機圖形學、圖象處理與模式識別、智能接口技術、人工智能技術、多傳感器技術、語言處理與響應技術、網絡技術、并行處理技術和高性能計算機系統的集合。由于“需求推動”和“技術推動”的原因，虛擬現實技術在農業脫粒機械的開發與研究中有廣泛的應用，其前景十分誘人。虛擬現實技術發展較快，而且是十分活躍的技術領域之一美國、日本、英國等國的政府機構和許多大公司特別重視這方面的研究工作。

2虛擬現實技術

2.1虛擬現實技術的概念

什么是虛擬現實技術?至今為止，還沒有一個確切的定義。從本質上來講，虛擬現實技術是一種先進的以用戶為核心的計算機接口。通過給用戶提供諸如視、聽、觸覺等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，實現用戶與環境直接地進行自然交互，從而達到身臨其境的感知。這里所謂環境就是由計算機生成的虛擬世界。虛擬現實技術有助于減少人與計算機的隔閡，有助于人在認識問題的認識空間與計算機的處理空間趨向一致.

2.2虛擬現實技術的特征虛擬現實技術有三個最突出的特征:交互性(Interaetivity)、沉浸感(Immersion)和想象(Imagi-nation)。即所謂的三I特征。

2.2.1交互性

指用戶與虛擬場景中的各種對象相互作用的能力，它是人機和諧的關鍵性因素。交互性包括對象的一可操作程序及用戶從環境中反饋的自然程度。虛擬場景中對象依據物理定律運動。VR是自主參考系，以用戶的視點變化進行虛擬交換，這個過程最重要的因素是實時性。

2.2.2沉浸感

這是VR系統的核心，使用戶投人到計算機生成的虛擬場景中去，用戶成為系統的一部分，有“身臨其境”之感。

2.2.3想像

VR不僅僅是一個用戶終端接口，而且可使用戶沉浸其中獲得新知識，提高感性和理性認識，從而產生新的構想。這種想像結果輸入到系統中去，系統會將處理后的狀態實時的顯示或由傳感器裝置反饋給用戶，如此反復，這是一個學習—創造—再學習—再創造的過程，因而可以說，VR是啟發人的創造性思維的活動。

2.3虛擬現實的硬件與軟件

VR系統實際就是一個計算機系統，它必需有硬件與軟件的支持才能正常工作。計算機硬件包括PC、工作站和超級計算機以及各種實現視、聽、觸、嗅、力覺效果的輸人輸出設備。而軟件集成了開發虛擬現實所需的模擬管理、實時描繪，目標管理，動畫插人、傳感器輸人、紋理映射、圖形顯示等各種功能，提高了虛擬現實系統的開發效率。以下介紹一些常用的輸人輸出設備和虛擬現實開發軟件。

2.3.1常用的輸人設備

二維鼠標器。二維鼠標器是一個二自由度的輸人設備。浮動鼠標器.浮動鼠標器在桌面上類似于上述的二維鼠標器，但當它離開桌面后，就成為一個六自由度的鼠標器。手持式操縱器。手持式操縱器包含一個位置跟蹤探測器和幾個按鈕，專門放在手中使用。力矩球。力矩球安裝在一個小型的固定平臺上，可以提供六自由度的功能。數據手套.數據手套可以探測手指間的相對運動。當手運動時，手套檢測這些活動，并向計算機送出電信號，這些電信號可轉化為虛擬手的動作，你可以看到虛擬手隨著你的真手在虛擬環境中活動。數據手套允許手去抓或推動虛擬物體。數據衣。數據衣是一種穿在參與者身上，把他的整個身體中各部位的數據輸人到計算機的裝置。它可以使虛擬環境的虛擬人，隨參與者一起活動。語音識別。語音識別是一種很有發展前途的虛擬現實輸人技術.它允許參與者對著連接計算機的拾音器說話，而不需要鍵盤和其他手工操作的設備輸人數據。

2.3.2常用的輸出設備

立體聲耳機。聲音可以大大增強虛擬環境中的真實程度，立體聲耳機使得參與者在虛擬現實環境中有一種身臨其境的感覺。立體眼鏡。人的視覺在虛擬環境中起著重要的作用。為了增強虛擬環境的現實感，參與者在虛擬環境中所看到的物體和景物必須具有立體感。立體眼鏡可以為參與者提供立體圖像。頭盔式顯示器。這是一種當前比較高級的虛擬現實設備。它由一個立體圖像顯示器，一副立體聲耳機和一個位置跟蹤設備組成。位置跟蹤設備用于將參與者的頭部位置及運動方向告訴計算機，計算機據此調整該參與者的圖像，從而使得呈現的圖像更富于真實感。

2.3.3虛擬現實常用的開發軟件

虛擬現實常用的圖形建模軟件有OPENGL、CAD、3DS一MAX等等。典型的虛擬現實軟件包有MR、WTK、PROvision系統等。MR(minimalreality)是由美國Alberta大學的MarkGreen教授和他領導的開發隊伍開發的用于虛擬現實環境的工具包，對于那些希望進行虛擬現實研究的機構而言，MR可以被免費使用。WTK(WorldToolKit)是由SensensCorpora-tion開發，用于虛擬環境的應用開發環境。WTK與硬件無關，可以在PC到SGI工作站上運行。而PROVision系統是由SGI公司開發的。

3虛擬現實技術在農業脫粒機械開發研究中的應用

虛擬現實技術在農業脫粒機械開發研究中主要應用于以下幾個領域:

3.1虛擬制造與設計

虛擬制造系統其本質是以計算機支撐的仿真技術為前提的一個交流信息化的計算機系統，是現實制造系統在虛擬環境下的映射。把虛擬的模板顯示在正加工的工件上，工人根據此模板控制代加工過程。傳統生產方法是先做樣機、實驗、然后投人正式生產，而在虛擬現實條件下，計算機生成全部工件原形，然后對虛擬原形進行預裝配，在預裝配同時還能進行碰撞檢測、階段性的性能檢測等，若對測試結果不滿意，還可對工件設計圖進行實時修改。在制造過程中，所有步驟預先在計算機上設計完成，大大減少了設計更改、錯誤和返工等浪費。“虛擬原形”代替“真實零部件”進行預裝配提高了可靠性，節約了大量原材料。

3.2農業脫粒機械的實驗仿真研究

脫粒裝置是脫粒機械的核心部分，它在很大程度上決定了機器的脫粒質量與生產率，而且對分離清選也有很大影響。在就喂人量、滾筒速度、凹板柵欄間距、脫粒間隙等因素對脫盡率、破損率、夾損失率、含雜率與單位功耗等脫粒性能指標進行研究時，由于脫粒過程的復雜性、非線性，實驗費用大，開發周期長，往往都先作計算機仿真實驗。傳統的數值仿真，其結果都是以數值、曲線表示，不直觀，而且有些信息表達不出來。而采用虛擬現實技術，將其復雜的數據計算和數據處理推向后臺，用戶與圖形打交道，通過交互方式的方法可獲取仿真過程，可千預和引導計算機并最終獲得計算機結果的圖形、顏色、靜態和動態畫面，使研究者了解仿真過程和發展的趨勢，理解計算機數值仿真難以“體驗”的過程。同時可以提高仿真精度和仿真效率，降低對用戶的操作水平.

4展望

雖然VR技術是一個投資大、難度高的科技領域，根據我國國情，“九五”計劃，國家自然科學基金會都把VR列人了研究項目。在緊跟國際新技術的同時，國內一些大學如清華大學、浙江大學等已投人了這一研究領域。我們相信，VR技術的不斷發展和完善，VR技術在農業脫粒機械開發與研究中應用會越來越廣泛，必將在農業脫粒機械行業中引起一場新的技術飛躍。