CN102194022A - 农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置，该方法包括如下步骤：试验模型加载步骤；虚拟试验步骤；虚拟试验评价步骤。其中，该试验模型加载步骤包括：建立虚拟现实场景模型步骤；建立农业装备虚拟现实模型步骤；农业装备汇入虚拟现实场景步骤。本发明还提供了一种农业装备虚拟样机生成方法及装置。本发明的方法及装置不受季节、场地、时间和次数的限制，可对虚拟试验过程进行回放、再现和重复，不仅可以作为真实试验的前期准备，还可以在一定程度上替代传统的试验，从而大幅度减少样机制造试验次数，缩短新产品试验周期，同时降低实际试验费用，并且可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互相反馈。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术，特别是一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置，以及一种农业装备虚拟样机生成方法及装置。
背景技术
现代农业装备制造业是我国装备制造业中一个十分重要的行业，直接为农业、农村、农民服务，为农业现代化提供机械装备。现代农业装备的发展水平直接影响我国农业部门的技术水平和经济效益。在现代农业生产中大量地运用农业装备，是提高农业机械化水平、提高农业生产率和农产品商品化率、保证粮食生产安全性和提高农民收入的最直接、最有效的途径。
现代农业装备的开发、设计、制造和使用，离不开大量的科学试验。长期以来，面对农业装备品种多、使用条件复杂、对产品性能、寿命、成本等方面要求高，影响产品质量的因素多等状况，在农业装备研发的同时要伴随着大量而繁杂的试验工作。而要建立必要的试验场地、使用大量的各种试验仪器设备、投入大量的试验费用、配备庞大的实验队伍、花费大量的试验时间已经不能适应当前对产品上市周期日益缩短的要求。
随着试验理论和技术的快速发展，试验手段的不断完善，尤其微电子技术、计算机技术、仿真技术和传感器技术的飞速发展，促进了试验工作的高度自动化，传统仪器已经不能很好地满足现代农业装备试验需要，而虚拟试验技术的发展为现代农业装备试验测试系统的设计和开发提供了新的思路和新平台。近年来，随着虚拟现实技术的不断发展，建立具有沉浸感的设计试验系统已经成为新的发展趋势。申请号为“200410089063”，名称为“一种虚拟样机的仿真方法”的中国发明专利申请，公开了一种虚拟样机的仿真方法，但该方法仅能实现虚拟样机安装过程的运动仿真，而无法实现设计者与产品用户在设计阶段信息的互相反馈，因而无法使设计者全方位吸收、采纳产品用户对新产品的意见和建议。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不受季节、场地、时间和次数的限制，并可对虚拟试验过程进行回放、再现和重复的农业装备的虚拟样机在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置，以及基于其的农业装备虚拟样机的生成方法及装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，包括如下步骤：
试验模型加载步骤，包括：
建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤包括：
试验地块数据采集，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据，得到所需的虚拟场景。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述加载地形纹理数据包括：
在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；
或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；
或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤还包括：
添加地形特征，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤包括：
建立农业装备三维模型，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立农业装备整机虚拟现实模型包括：
将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；
将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需三维零部件模型；
对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；
将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述虚拟试验步骤包括：
对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；
读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，对所述农业装备进行动力学仿真包括：
对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；
根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；
对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；
在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述虚拟试验步骤还包括：在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，包括：
试验模型加载模块，包括：
建立虚拟现实场景模型单元，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型单元，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景单元，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验模块，与所述试验模型加载模块连接，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价模块，与所述虚拟试验模块连接，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，所述建立虚拟现实场景模型单元包括：
试验地块数据采集次单元，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型次单元，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据次单元，用于得到所需的虚拟场景。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，所述建立虚拟现实场景模型单元还包括：
添加地形特征次单元，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，所述建立农业装备虚拟现实模型单元包括：
建立农业装备三维模型次单元，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型次单元，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种农业装备虚拟样机的生成方法，其中，包括如下步骤：
试验模型加载步骤，包括：
建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价；以及
虚拟样机生成步骤，根据所述虚拟试验评价的结果，对所述农业装备的各项参数进行优化，并根据所述优化的参数生成虚拟样机。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤包括：
试验地块数据采集，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据，得到所需的虚拟场景。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述加载地形纹理数据包括：
在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；
或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；
或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤还包括：
添加地形特征，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤包括：
建立农业装备三维模型，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述建立农业装备整机虚拟现实模型包括：
将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；
将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需零部件模型；
对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；
将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述虚拟试验步骤包括：
对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；
读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，对所述农业装备进行动力学仿真包括：
对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；
根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；
对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；
在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述虚拟试验步骤还包括：在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。
上述的农业装备虚拟样机的生成方法，其中，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种农业装备虚拟样机的生成装置，其中，包括：
试验模型加载模块，包括：
建立虚拟现实场景模型单元，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型单元，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景单元，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验模块，与所述试验模型加载模块连接，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价模块，与所述虚拟试验模块连接，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价；以及
虚拟样机生成模块，与所述虚拟试验评价模块连接，根据所述虚拟试验评价结果，对所述农业装备进行优化设计，并根据所述优化设计的参数生成虚拟样机。
上述的农业装备虚拟样机的生成装置，其中，所述建立虚拟现实场景模型单元包括：
试验地块数据采集次单元，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型次单元，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据次单元，用于得到所需的虚拟场景。
上述的农业装备虚拟样机的生成装置，其中，所述建立虚拟现实场景模型单元还包括：
添加地形特征次单元，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
上述的农业装备虚拟样机的生成装置，其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
上述的农业装备虚拟样机的生成装置，其中，所述建立农业装备虚拟现实模型单元包括：
建立农业装备三维模型次单元，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型次单元，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
上述的农业装备虚拟样机的生成装置，其中，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
本发明的技术效果在于：本发明不仅可以作为真实试验的前期准备工作，而且可以在一定程度上替代传统的试验，从而大幅度减少样机制造试验次数，缩短新产品试验周期，同时降低实际试验费用，并且在拖拉机、联合收获机、大型变量喷灌机等典型现代农业装备的开发中，可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互相反馈，使设计者全方位吸收、采纳产品用户对新产品的建议，此外，本发明提供的农业装备虚拟试验设计方法，实现了试验不受场地、时间和次数的限制，并可对试验过程进行回放、再现和重复。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法流程示意图；
图2为本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置的结构框图；
图3为本发明的农业装备虚拟样机的生成方法流程示意图；
图4为本发明的农业装备虚拟样机的生成装置的结构框图；
图5为数字高程模型(DEM)文件转换为数字高程数据(DED)文件操作界面；
图6为读取并设置试验地块的DED格式文件的操作界面；
图7为本发明一实施例的.flt格式的联合收割机整机装配文件数据结构；
图8为本发明一实施例的联合收割机田间行走路径规划示意图；
图9为本发明一实施例的桌面式沉浸系统示意图；
图10为本发明一实施例的联合收割机在虚拟田间场景中的漫游与交互控制示意图。
其中，附图标记
1、01试验模型加载模块
11、011建立虚拟现实场景模型单元
111、0111试验地块数据采集次单元
112、0112生成三维数字地形模型次单元
113、0113加载地形纹理数据次单元
114、0114添加地形特征次单元
12、012建立农业装备虚拟现实模型单元
121、0121建立农业装备三维模型次单元
122、0122建立农业装备整机虚拟现实模型次单元
13、013农业装备汇入虚拟现实场景单元
2、02虚拟试验模块
3、03虚拟试验评价模块
04虚拟样机生成模块
10红外发射器
20显示器
30眼镜
40联合收割机
50虚拟田间场景
60时速表
70侧倾角测量仪
80横摆角测量仪
90仰视角测量仪
S1～S3、S11～S13、S111～S114、S121～S122、S01～S04、S011～S013、S0111～S0114、S0121～S0122步骤
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法流程示意图，本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，包括如下步骤：
试验模型加载步骤S1，包括：建立虚拟现实场景模型步骤S11，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型步骤S12，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景步骤S13，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验步骤S2，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价步骤S3，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。
其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤S11包括：试验地块数据采集S111，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型S112，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据S113，得到所需的虚拟场景。
其中，所述加载地形纹理数据S113包括：在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。
其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤S11还包括：添加地形特征的步骤S114，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
其中，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤S12包括：建立农业装备三维模型S121，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型S122，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
其中，所述建立农业装备整机虚拟现实模型S122包括：将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需三维零部件模型；对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。
其中，所述虚拟试验步骤S2包括：对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。其中，对所述农业装备进行动力学仿真包括：对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。
其中，所述虚拟试验步骤S2还包括：在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。
参见图2，图2为本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置的结构框图，本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，包括：
试验模型加载模块1，包括：建立虚拟现实场景模型单元11，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型单元12，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景单元13，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验模块2，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价模块3，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。
其中，所述建立虚拟现实场景模型单元11包括：试验地块数据采集次单元111，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型次单元112，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据次单元113，用于得到所需的虚拟场景。
其中，所述建立虚拟现实场景模型单元11还包括：添加地形特征次单元114，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
其中，所述建立农业装备虚拟现实模型单元12包括：建立农业装备三维模型次单元121，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型次单元122，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
参见图3，图3为本发明的农业装备虚拟样机的生成方法流程示意图，本发明的农业装备虚拟样机的生成方法，包括如下步骤：
试验模型加载步骤S01，包括：建立虚拟现实场景模型步骤S011，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型步骤S012，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景步骤S013，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验步骤S02，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价步骤S03，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价；以及
虚拟样机生成步骤S04，根据所述虚拟试验评价的结果，对所述农业装备的各项参数进行优化，并根据所述优化的参数生成虚拟样机。
其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤S011包括：试验地块数据采集S0111，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型S0112，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据S0113，得到所需的虚拟场景。
其中，所述加载地形纹理数据S0113包括：在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。
其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤S011还包括：添加地形特征S0114，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
其中，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤S012包括：建立农业装备三维模型S0121，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型S0122，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
其中，所述建立农业装备整机虚拟现实模型S0122包括：将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需零部件模型；对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。
其中，所述虚拟试验步骤S03包括：对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。
其中，对所述农业装备进行动力学仿真包括：对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。
其中，所述虚拟试验步骤S02还包括：在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。
参见图4，图4为本发明的农业装备虚拟样机的生成装置的结构框图，本发明的农业装备虚拟样机的生成装置，包括：
试验模型加载模块01，包括：建立虚拟现实场景模型单元011，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型单元012，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景单元013，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验模块02，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价模块03，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价；以及
虚拟样机生成模块04，根据所述虚拟试验评价结果，对所述农业装备进行优化设计，并根据所述优化设计的参数生成虚拟样机。
其中，所述建立虚拟现实场景模型单元011包括：试验地块数据采集次单元0111，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型次单元0112，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据次单元0113，用于得到所需的虚拟场景。
其中，所述建立虚拟现实场景模型单元011还包括：添加地形特征次单元0114，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
其中，所述建立农业装备虚拟现实模型单元012包括：建立农业装备三维模型次单元0121，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型次单元0122，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
本发明中所述农业装备可以为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机，也可以为其他各种农业装备，在此不做特别限定。
下面，以联合收割机40为例，详细说明本发明的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法的具体实施过程：
1、建立联合收割机40的三维模型：
考虑到虚拟样机仿真平台及虚拟场景驱动平台所需要模型的特点，对联合收割机40进行抽象和简化，用三维制图软件Pro/ENGINEER建立联合收割机40各部件三维模型库，包括割台、过桥、驾驶室、机架、底盘、脱粒滚筒、振动筛、车轮等，并确定关键建模尺寸，如割台割幅、车身长宽高、轮胎尺寸等，实现参数化建模，得到联合收割机40的三维实体模型。
将得到的联合收割机40的三维实体模型导出为x_t格式文件。由于虚拟样机仿真平台ADAMS可以直接读取x_t文件格式的实体模型，将所建立的联合收割机40各部件三维实体模型，在Pro/ENGINEER中“保存副本”，以x_t文件格式另存。
接着，对该联合收割机40进行动力学仿真，包括以下步骤：
在虚拟样机仿真平台ADAMS中选择“File”-“input”，在“File Type”中选择“Parasolid(*.x_t)”导入前述步骤中建立的x_t格式文件；
对模型中关键的建模尺寸，选择“Build”-“Design Variable”，定义相应的设计变量；
选择“Build”-“Measure”，以联合收割机40质心处为测量点，定义x、y、z三向速度测量参数，加速度测量参数；
选择“Build”-“Force”，以自定义方程“Function”定义联合收割机40作业过程受到的驱动力以及阻力，包括拨禾轮所受阻力，切割过程所受阻力，地面阻力，风阻各驱动力，其中与车速相关的阻力，以定义的速度测量参数为变量；
在ADAMS/PostProcessor后处理窗口打开测量的速度参数曲线、加速度参数曲线，选择“Export”-“Numeric Data”，导出文本格式文件；
2、建立虚拟场景及农业装备虚拟现实模型，包括：
建立虚拟场景：在Multigen creator中读取试验地块的地形海拔数字高程模型(DEM)格式文件，并通过Multigen creator/Terrain模块中的BuildDED菜单将DEM格式文件转换成DED格式文件，如图5所示，图5为数字高程模型(DEM)文件转换为数字高程数据(DED)文件操作界面。
读取、设置DED格式文件：通过Multigen creator/Terrain模块中的NewProject菜单读取上一步创建的DED格式文件，并进行目标区域即试验地块区域的选取，考虑是基于地表的仿真，设置地形细节层次为2层，以实现不同视距下的显示，设置地图投影类型为Flat Earth，选择地形转换算法为Delaunay，最后生成试验地块的数字地形模型。参见图6，图6为读取并设置试验地块的DED格式文件的操作界面。
加载地形纹理数据：将纹理应用到数字地形模型多边形上的方法有以下三种：①在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；②使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；③使用间接纹理，即先将地形多边形的颜色、纹理和材质等属性对应到一个特殊图案上，再将该图案映射到地形模型上。本发明采用的是为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理的方法，加载地形纹理数据，得到逼真的虚拟场景。
添加地形特征：将道路桥梁、地表建筑、自然景观、河流湖泊等地形特征添加到地形模型中，可以极大地提高地形模型的真实性。原始地形特征数据一般被存储为标准的DFAD、DLG或其他矢量格式，在使用前要将其转换为Multigen Creator专用的数字特征数据(DFD)格式。通过Multigencreator/GeoFeature模块中的Import/Convert DFAD to DFD菜单完成地形特征数据的转换。转换成DFD特征数据文件后，就可以将其导入地形模型数据库中。
将建立完成的虚拟场景模型保存为.flt格式文件。
建立农业装备虚拟现实模型：
在Pro/Engineer平台建立联合收割机40三维实体模型还不能直接为Multigen Creator所用，因此需要考虑联合收割机40参数化模型的接口。我们以STL格式文件为桥梁，将Pro/Engineer中的模型导入Multigen Creator，生成联合收割机40在虚拟场景中的视景模型。
在用Pro/Engineer导出.STL文件时，如果将装配好的组件整体导出，则由Multigen Creator导入后，在数据库中只生成单一对象节点，使得联合收割机40的视景模型只能作为一个整体运动，实时仿真过程中不能控制模型的部分机构运动。然而联合收割机40装备有割台、过桥、脱粒滚筒、振动筛、车轮等工作部件，实时仿真中必须能够控制工作部件的运动，在模型的数据库文件中应使其和主机体分属不同的节点，因此，导出.STL文件时不是将组件整体导出，而是分别导出各部件形成.STL文件。
Multigen Creator的数据库文件使用OpenFlight(FLT)场景描述格式，是一种树状层次的数据结构。利用Multigen Creator软件对纵向轴流联合收割机40各零部件模型进行装配，形成后缀为.flt格式的整机模型，如图7，图7为本发明一实施例的.flt格式的联合收割机40整机装配文件数据结构；
使用动态节点(DOF)技术可以使模型对象具有活动的能力，在MultigenCreator中将联合收割机40模型的各个运动部件置于不同的DOF下，赋以相应的运动模式。以割台部件为例，具体步骤包括：
1)使用Multigen Creator创建工具箱中的创建DOF工具在模型数据库的层级视图中创建DOF节点；
2)使割台部件中需要设置自由度的模型对象，包括喂入搅龙、动刀片、拨禾轮等所对应节点成为DOF节点的子节点；
3)创建相应的局部坐标系，为模型对象定义自由度；
4)在DOF节点属性窗口中设置DOF节点的自由度范围，如喂入搅龙自由度范围为旋转360°，动刀片自由度范围为往复平移85mm，拨禾轮自由度范围为旋转360°。
3、农业装备在虚拟场景中的汇入，立体显示，并进行操控仿真：
基于仿真驱动平台Vega的图形环境用户界面LynX，载入前面生成的联合收割机40作业虚拟场景50模型以及联合收割机40模型；具体步骤包括：
1)导入虚拟田间场景50及联合收割机40模型：启动LynX，打开“Object”面板，新建两个Object对象，分别对应步骤A生成的虚拟场景模型(.flt格式)文件和步骤B生成的新型纵向轴流联合收割机40模型(.flt格式)文件，并在Object面板中设置位置属性、坐标系等；
2)在场景中生成田间场景及联合收割机40模型：打开“Scenes”面板，在“对象”栏中导入步骤C1”生成的2个对象；
3)设置联合收割机40模型运动类型：打开“Motion Models”面板，在“运动类型”中有Spin、UFO、Drive、Fly、Walk等多种方式，选择Drive，设置最大运动速度5m/s；
4)创建运动体对象：打开“Players”面板，新建一运动体对象，将联合收割机40模型加入到对象列表，在“定位方法”中有2种方式对运动体(即本例中的联合收割机40)进行放置：一是运动模型方式，按照步骤C4”设定的“运动类型”进行运动；二是路径导航器方式，此时运动体按照预先设定的路径进行运动。本实例选择运动模型方式。
5)设置观察者位置：打开“Observers”面板，在“位置方式”中有Manual、Motion Model、Tether-Follow、Tether-Spin、Tether-Fixed等多种方式，为便于观察联合收割机40在虚拟田间场景50中的运动，本实例选择Tether-Follow，同时设定相对于运动体在X、Y、Z方向上的偏移量X＝0、Y＝-220、Z＝30。
6)实现联合收割机40在虚拟田间场景50中的漫游：打开“Preview/ActivePreview”菜单，即可实现本实例联合收割机40在虚拟田间场景50中的漫游，联合收割机40的运动由鼠标控制，鼠标左键加速，鼠标右键减速，鼠标中键暂停，同时按下左中右三键，恢复到初始场景。
基于双目视差原理，在Vega中定义左、右两个通道，对应左、右双目视场，左右通道在窗口重合，利用桌面式沉浸系统实现虚拟试验场的立体显示，具体步骤包括：
1)利用Vega的立体缓存(Stereo Buffer)进行虚拟试验场景的立体显示，实现立体显示有以下两种方法：
①使用一个单独的通道(Both Left and Right)，通过每隔一帧在左、右GL缓存交替绘制场景来实现；
②定义两个单独的通道，其中一个通道由左GL缓存绘制(Left Only)，另一个通道由右GL缓存绘制(Right Only)，两个通道在窗口中是重合的。
本发明选择第2种方法。使用第2种方法进行立体显示时，还需要设置左、右两个通道的偏移量，设置左右通道偏移量也有两种方法：
①分别给左、右通道设置一定X方向的偏斜来确定通道偏移(例如，可以将左、右通道的X偏斜值分别设为-0.1和+0.1)；
②根据观察者(Observers)立体设置(Stereo Settings)中的眼间距(Eye
Separation)和收敛范围(Convergence Range)设定的值自动计算左、右两个通道的偏移量。
本发明选择第2种方法来自动确定通道偏移量。人眼通常的眼间距为4-6cm，我们设定为5cm，收敛范围取默认值30。
2)利用桌面式沉浸系统实现虚拟试验场的立体显示。本发明所建立的桌面式沉浸系统主要可由一台立体显示器20(分辨率达到120MZ)和nvidia 3D眼镜30套装组成，桌面式沉浸系统示意图如图9所示，图9为本发明一实施例的桌面式沉浸系统示意图。其原理是：显示器20显示的图像通过红外发射器10发射，由眼镜30接受，当显示器20输出左眼图像时，左眼镜片为透光状态，而右眼为不透光状态，而在显示器20输出右眼图像时，右眼镜片透光而左眼不透光，这样两只眼镜30就看到了不同的画面，达到欺骗眼睛的目的。眼镜30从红外发射器10接收信号，用以同步左右眼睛的快门信号，显示器20可以为左右眼显示60HZ帧频的画面，以这样地频繁切换来使双眼分别获得有细微差别的图像，经过大脑计算从而生成一幅3D立体图像。利用该桌面式沉浸系统可以实现联合收割机40虚拟试验场景的立体显示。
利用上述步骤，可以实现联合收割机40在虚拟田间环境中的基本漫游显示功能。为了使用户更深入的分析联合收割机40在典型田间道路的通过性能，本发明设计了交互式控制，通过手动控制，可完成试验过程的单步执行，这样用户就可对每个时刻的联合收割机40状态进行观察，并可利用鼠标对该时刻进行缩放、旋转等变换，从各个角度进行分析。
另外，为了用户更好的了解虚拟田间试验场，还发明还提供了两种形式的虚拟试验场的漫游：一种是自动漫游，即按设计者事先规划好的最佳路径与最佳视角，对虚拟环境进行表现，如图8所示，图8为本发明一实施例的联合收割机40田间行走路径规划示意图。
另一种是交互式漫游，即漫游路径由鼠标或键盘实时控制。为了实现复杂的场景交互应用，本发明通过Vega的C语言应用程序接口(API)，编写程序，设定键盘控制联合收割机40在虚拟场景中的运动，高效地对虚拟场景进行实时交互控制。具体包括：
向上方向键控制联合收割机40加速，向下方向键控制减速，向左方向键控制左转，向右方向键控制右转，Y/y键控制视点前移，H/h键控制视点后移，G/g键控制视点左移，J/j键控制视点右移，M/m键控制视点上移，N/n键控制视点下移，V/v键控制视点向左平转，B/b键控制视点向右平转，O/o键控制视点向上仰视，P/p键控制视点向下俯视，A/a键恢复到初始场景，T/t键控制纹理显示，F/f键控制雾效果显示，L/l控制环境灯光显示。
4、虚拟试验数据调用、显示：
用于评价虚拟试验结果，为改进设计提供依据，具体包括：
如图10，图10为本发明一实施例的联合收割机在虚拟田间场景中的漫游与交互控制示意图，可利用NI公司的图形编程语言LabVIEW8.0开发虚拟仪表，例如图10所示的时速表60、侧倾角测量仪70、横摆角测量仪80、仰视角测量仪90等，对应农业装备虚拟试验不同的参数，实现虚拟场景中农业装备运动状态参数调用与显示，便于用户更加清楚的观察虚拟试验过程中农业装备运动状态的变化，对虚拟试验作出评价，并为改进设计提供依据。
5、农业装备虚拟样机的生成：
根据上述步骤中虚拟试验数据的调用、显示，针对实际生产需要及客户要求，对该联合收割机40的各项参数进行优化，根据优化后的各参数，生成该联合收割机40的新的虚拟样机，其样机的生成过程，与前述建立联合收割机40的三维模型步骤中的方法一致，在此不做赘述。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (34)
1.一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
试验模型加载步骤，包括：
建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。
2.如权利要求1所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型步骤包括：
试验地块数据采集，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据，得到所需的虚拟场景。
3.如权利要求2所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述加载地形纹理数据包括：
在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；
或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；
或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。
4.如权利要求2所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型步骤还包括：
添加地形特征，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
5.如权利要求4所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
6.如权利要求1所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤包括：
建立农业装备三维模型，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
7.如权利要求6所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述建立农业装备整机虚拟现实模型包括：
将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；
将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需三维零部件模型；
对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；
将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。
8.如权利要求6所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述虚拟试验步骤包括：
对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；
读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。
9.如权利要求8所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，对所述农业装备进行动力学仿真包括：
对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；
根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；
对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；
在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。
10.如权利要求8所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述虚拟试验步骤还包括：在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。
11.如权利要求1～10中任意一项所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
12.一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，包括：
试验模型加载模块，包括：
建立虚拟现实场景模型单元，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型单元，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景单元，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验模块，与所述试验模型加载模块连接，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价模块，与所述虚拟试验模块连接，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。
13.如权利要求12所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型单元包括：
试验地块数据采集次单元，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型次单元，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据次单元，用于得到所需的虚拟场景。
14.如权利要求13所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型单元还包括：
添加地形特征次单元，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
15.如权利要求14所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
16.如权利要求12所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述建立农业装备虚拟现实模型单元包括：
建立农业装备三维模型次单元，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型次单元，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
17.如权利要求12～16中任意一项所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
18.一种农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
试验模型加载步骤，包括：
建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价；以及
虚拟样机生成步骤，根据所述虚拟试验评价的结果，对所述农业装备的各项参数进行优化，并根据所述优化的参数生成虚拟样机。
19.如权利要求18所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型步骤包括：
试验地块数据采集，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据，得到所需的虚拟场景。
20.如权利要求19所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述加载地形纹理数据包括：
在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；
或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；
或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。
21.如权利要求197所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型步骤还包括：
添加地形特征，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
22.如权利要求21所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
23.如权利要求18所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤包括：
建立农业装备三维模型，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
24.如权利要求23所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述建立农业装备整机虚拟现实模型包括：
将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；
将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需零部件模型；
对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；
将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。
25.如权利要求23所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述虚拟试验步骤包括：
对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；
读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。
26.如权利要求25所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，对所述农业装备进行动力学仿真包括：
对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；
根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；
对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；
在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。
27.如权利要求25所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述虚拟试验步骤还包括：在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。
28.如权利要求18～27中任意一项所述的农业装备虚拟样机的生成方法，其特征在于，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
29.一种农业装备虚拟样机的生成装置，其特征在于，包括：
试验模型加载模块，包括：
建立虚拟现实场景模型单元，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；
建立农业装备虚拟现实模型单元，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；
农业装备汇入虚拟现实场景单元，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；
虚拟试验模块，与所述试验模型加载模块连接，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；
虚拟试验评价模块，与所述虚拟试验模块连接，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价；以及
虚拟样机生成模块，与所述虚拟试验评价模块连接，根据所述虚拟试验评价结果，对所述农业装备进行优化设计，并根据所述优化设计的参数生成虚拟样机。
30.如权利要求29所述的农业装备虚拟样机的生成装置，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型单元包括：
试验地块数据采集次单元，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；
生成三维数字地形模型次单元，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；
加载地形纹理数据次单元，用于得到所需的虚拟场景。
31.如权利要求30所述的农业装备虚拟样机的生成装置，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型单元还包括：
添加地形特征次单元，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。
32.如权利要求31所述的农业装备虚拟样机的生成装置，其特征在于，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。
33.如权利要求29所述的农业装备虚拟样机的生成装置，其特征在于，所述建立农业装备虚拟现实模型单元包括：
建立农业装备三维模型次单元，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；
建立农业装备整机虚拟现实模型次单元，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。
34.如权利要求29～33中任意一项所述的农业装备虚拟样机的生成装置，其特征在于，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。
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