农田喷灌车虚拟现实设计

发布时间：2020-05-19 08:07

【摘要】：随着计算机技术的不断发展，虚拟现实技术的应用已经广泛的穿插在各个领域之间。在与农机结合方面，不仅可为用户提供一个良好的农机外观展示平台，使用户通过计算机直观的了解农机整体结构，还可以从运动仿真的角度全方位观察农机的机能特性，掌握其工作原理及运动过程。本文详细研究了农田喷灌车虚拟仿真的制作方法。通过查找喷灌车田间作业资料，选取农场展示项目中现有喷灌车模型为研究对象，制作出一套完整喷灌车田间作业的仿真体系。制作内容总共分为四个环节：（1）喷灌车模型处理。利用3ds Max软件对其优化完善，包括模型顶点和面的处理、添加材质、机具命名、轴心调整等。（2）机械运动仿真。通过Unity3D软件对喷灌车运动仿真，第一部分是对喷洒机械臂的展开与折叠模拟。在观察分析机械臂父子关系的基础上，介绍两种实现方法：使用Animation Curve曲线结合代码进行简单的静态模拟或通过分析边与角的数学关系完成复杂的动态实时仿真。第二部分是喷灌车的田间行驶模拟。利用车轮碰撞器结合C#语言模拟出具有逼真物理引擎的可操作行驶系统，使用户通过键盘即可控制喷灌车的行驶。（3）喷洒效果实现。通过设置粒子系统模拟水流效果，利用编写代码获取地块材质信息更换地面贴图的方法，实现随着水流的喷洒过程中地面所产生的物理变化效果的模拟。（4）仿真系统界面设计。利用Unity3D官方插件NGUI，制作干净整洁的人机交互界面并实现场景相机跟随功能，使用户全方位了解喷灌车的背景及完整的田间作业过程。本文研究的农田喷灌车虚拟仿真设计可为用户提供一个可操作的原型农田机械，不仅可以为农业教学科研提供服务，也可以用于农业机械的观光与培训。
【图文】：

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驾驶员驾驶喷灌车到达田间灌溉区域，将喷洒机械臂展开，增压泵将灌溉水从喷灌药箱中抽出，通过各级机械臂内置药液导管施加压力从喷嘴喷出[4]，同时控制行进轮和转向轮沿畦背缓慢驾驶，不会压坏或压倒作物，适合面积宽广，规整有致的大规模的农田作业。此型喷灌车优点是带有外置喷灌机械臂易于折叠节省空间，，喷灌质量高，不会造成水流失，喷灌范围大，有利于科学用水还可综合利用，如施肥、农药等，操作简单，使劳动强度降低，劳动效率大大提高，而且喷洒均匀不受地形起伏影响，易于控制[5]。

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比如破面现象，法线错误，贴图丢失等，而这些问题利用 3ds Max 常用建可解决，完善模型的操作步骤方法如下:（1）尽量简化模型。选中喷灌车模型，右键单击 Convert to Editable Poly 将模型边形几何体，将喷灌车内部与设计无关的部分以及看不见的面、模型之间的重叠相交的面删除。喷灌车模型中存在许多比较细小的结构，如螺栓和螺母，这些结全建模，面数过多，不仅占用过多资源，而且在仿真过程中也会因为显卡的计算生闪烁现象，可利用贴图的方法将其表现，因此在不影响喷灌车外观前提下，将不高的细碎零件模型删除只留取喷灌车的外壳与重要的零件[37]。（2）将模型正反面统一。无论在 3ds Max 还是其他建模软件中，模型都有正反面是用来描述面的朝向，朝外为正面，朝里为反面，若法线方向不同，则会导致模乱，对贴 UV 材质也有影响，渲染时，将不会赋予材质，在后期仿真时无法添加模型反面，右击鼠标选择法线翻转（flip），保证模型所有面法线朝上，如下图 2
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S275.5;TP391.9

【参考文献】