CN111508060A - 基于3d模型的农作物施肥施药演示方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农作物种植技术领域，涉及一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法、装置及系统，所述方法包括：构建3D虚拟沙盘系统；接收生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；接收施肥施药步骤和施肥施药参数；判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；若符合，根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。本发明能够提升农作物施肥施药过程的直观性和互动性。
Description
技术领域
本发明涉及农作物种植技术领域，尤其涉及一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法、装置及系统。
背景技术
目前对农作物的施肥施药或施药的技术指导均采用电子书或资讯图片等形式传播和学习。这种电子书或资讯图片呈现的直观性、交互性不强。一本电子书或资讯图片往往只适用于单一的农作物，多个作物植株时需要存储大量相关电子材料。此外，这种方式无法动态、形象的展现出施肥施药过程中的动作要领(如用量、配比、作业程序以及注意事项等)；无法动态、形象的模拟在不同地理位置、气候、温度差异的环境中施肥施药的技术差异；无法直观的模拟施肥施药过程，且在施肥施药过程中缺少标准技术的提示和引导、以及注意事项的提醒等标注语；
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法、装置及系统，用以解决现有技术中农作物施肥施药的指导直观性和交互性差的技术问题。
本发明第一方面提供一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，所述方法包括：
构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统；
接收用户设置的3D虚拟沙盘系统的生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；
接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数；
判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；
若所述施肥施药参数符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。
优选地，所述根据所述生长参数生成并显示虚拟3D标准树模型包括：
在服务器中获取和更新所述生长参数对应的3D素材模型文件；所述服务器中存储有不同作物的3D素材模型文件；
将所述3D素材模型文件解析渲染为3D标准树模型；
在所述沙盘系统工作区中显示所述3D标准树模型。
优选地，所述接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数之前，所述方法还包括：
显示所述3D标准书模型的施肥施药步骤、各个施肥施药步骤的施肥施药参数和各个施肥施药步骤的注意事项；
显示本次施肥施药的施肥施药量、施肥施药作用时长，以及施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化数据，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布数据。
优选地，所述方法还包括：
当接收到用户的撤消指令时，撤消最近一次对所述3D标准树模型的施肥施药操作；
当用户结束操作时，存储所述3D标准树模型，以待用户调用所述3D标准树模型进行3D打印。
优选地，所述方法还包括：
记录用户的施肥施药步骤和施肥施药参数，将所述施肥施药步骤和施肥施药参数输入深度学习模型中进行优化；
当用户再次登录时，获取并显示优化的施肥施药步骤和施肥施药参数。
优选地，所述构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统具体包括：
S11、采集农作物所在地形数据，结合GIS构建农作物所在区域的3D电子沙盘；
S12、采集农作物的3D图像，识别农作物类型，结合农作物所在环境的3D电子沙盘构建含该农作物的3D虚拟沙盘系统；
S13、对应不同生长阶段的农作物的3D初始标准树模型，输入相关的施肥参数和施药参数信息；
S14、对3D虚拟沙盘系统中的文字和图形分别作图像显示处理，在3D虚拟沙盘系统中的同一显示界面上对文字采用2D显示，对农作物、果实及农作物周围环境采用3D立体显示。
优选地，将3D虚拟沙盘系统与增强现实技术结合，所述演示方法还包括：
实时显示采集到的农作物及其环境图像；
获取农作物当前所在环境的地理位置息、气象、温度、湿度、土壤等信息；
识别出农作物种类；
从3D虚拟沙盘系统的预先存储有多种农作物及全球各种农作物生长环境信息数据库中配对出与该农作物种类相同，当前生长情况近似的3D标准树模型和相似环境的3D沙盘；
3D虚拟沙盘系统演示农作物的施肥与施药视频；
提示佩戴AR设备的用户通过在AR设备的显示屏观看施肥的视频，并指导用户按照该视频对着农作物进行施肥操作；
提示佩戴AR设备的用户通过在AR设备的显示屏观看施药的视频，并指导用户按照该视频对着农作物进行施药操作。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于3D模型的农作物施肥施药演示装置，其中，所述装置包括：
构建模块，用于构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统；
接收显示模块，用于接收用户设置的3D虚拟沙盘系统的生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；
接收模块，用于接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数；
判断模块，用于判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；
显示模块，用于若所述施肥施药参数符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。
本发明第三方面提供一种基于3D模型的农作物施肥施药演示系统，所述系统包括服务器和如上述基于3D模型的农作物施肥施药演示装置。
本发明第四方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述任一项所述的方法。
综上所述，本发明提供的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法、装置及系统，采用3D虚拟沙盘系统替代传统施肥施药的操作教学方式，提升农作物施肥施药过程的直观性和互动性，节省教学演示成本；通过用户设置的生长参数，3D虚拟沙盘系统自动调用内置素材库生成3D标准树型。对该3D标准树型可以进行不同生长期内的虚拟施肥施药作业，通过判断施肥施药技术是否符合当前作物的生长期的用肥用药标准来显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、提升农作物施肥施药过程的直观性和互动性，节省教学演示成本；
2、可以根据实际的位置、气候、物候期、作物品种等设置3D沙盘系统的生长参数；
3、可以选择需要操作的作物和品种，突破传统施肥施药教学方式单一品种的局限性；
4、通过3D沙盘系统可以进行虚拟施肥施药操作，并能提示和指导施肥施药步骤、施肥施药量和注意事项。
附图说明
图1示出了本发明一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法的流程示意图。
图2～4示出了本发明基于3D模型的农作物施肥施药演示的示意图；
图5示出了本发明一种基于3D模型的农作物施肥施药演示装置的结构示意图；
图6示出了本发明一种基于3D模型的农作物施肥施药演示设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1，本发明提供基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，所述方法包括：
S1、构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统；
其中，虚拟沙盘系统在计算机领域指一种虚拟技术，其基本原理是：根据计算机程序的真实运行环境，创建一个虚拟的运行环境，当某个程序试图发挥作用时，可以先让它在沙盘中运行，程序在沙盘中造成的所有改动不会对真实的运行环境造成任何影响。由于沙盘可以虚拟真实的运行环境并且在程序在沙盘中运行造成的改动不会对真实运行环境造成任何影响，本发明将沙盘系统应用在农作物施肥施施药的演示，能起到构建演示环境的作用。
S11、采集农作物所在地形数据，结合GIS构建农作物所在区域的3D电子沙盘；
主要包括以下步骤：采用无人机搭载双目摄像头或者可变焦镜头采集农作物所在地形的图像，结合卫星遥感影像的色彩，通过预设波段组合和预设时相选取，获取采集的农作物地形的地貌、三维坐标、高度、坡度、河流、道路及周围人工设置的工程图像，这里的预设波段组合和预设时相由用户依据实际需要来确定；
从图像中识别出不同物体，提取出各物体的纹理特征点；
构筑出不含农作物的3D电子沙盘。
S12、采集农作物的3D图像，识别农作物类型，结合农作物所在环境的3D电子沙盘构建含该农作物的3D虚拟沙盘系统；
采用无人机搭载双目摄像头或者可变焦镜头拍摄农作物的3D图像，识别出农作物的种类，依据光照强度、拍摄角度去除图片中农作物的背景图像和阴影图像，显示出农作物的3D轮廓形状；当然这里还要考虑农作物的果实的3D图像的构建，由于果实在农作物的3D轮廓形状上的分布随机，因此在构建时需要先将果实从农作物的叶和枝干等中区别开来(可以采用图像分割技术)，并定位出果实在农作物的3D轮廓形状上的位置；判断果实的成熟度，如橘子，在采摘前没成熟时，可能橙色的颜色较浅，依据颜色判断出果实成熟度。上述定位出果实在农作物的3D轮廓形状上的位置包括以下步骤：采集到果实图像后，先校正果实图像，对果实图像进行图像处理，然后用Hough圆检测，在果实上选取8个特征点，采用最小二乘法求出果实的质心坐标。这里采用的Hough圆检测和最小二乘法属于图像领域较为常见的算法，主要特点是采用二者的结合，可以得到较为准确的果实形状，如有的果实可能是椭圆，有的可能是圆形。但通过找到质心就能较为准确地定位出果实在农作物上的位置。
上述识别农作物类型以及构建农作物的3D轮廓形状，还可以在上述方法上加入深度学习算法，通过不断的训练提升3D轮廓形状的准确性。这里主要包括：提取农作物的图像特征和农作物所在环境的图像特征；多次提取不同农作物的图像特征和该农作物所在环境的图像特征组建训练集；采用CNN(卷积神经网络)算法提取训练集；然后用图像分类器进行学习并分类；对分类后的农作物特征和该农作物所在环境特征进行标注。
在定位出果实在农作物上位置后，采集农作物及其果实在不同生长阶段的生长参数；
根据果实和农作物各阶段的生长参数及其对应的3D轮廓形状构建出带有果实的3D初始标准树模型。
S13、对应不同生长阶段的农作物的3D初始标准树模型，输入相关的施肥参数和施药参数信息，这里施肥参数包括：肥料营养元素及配比、含水量，吸收条件等。施药参数包括：药主要成分、浓度、配比、对农作物的施药部位等信息。相应地，3D初始标准树模型也要输入基本信息，包括：品种名称、气候参数、所需土壤环境、含水量等。不同农作物根据不同地区、不同土壤纬度、土壤田间持水量、土壤容重和土壤有机质含量情况，并结合种植作物产量和特性，对于肥料的需求不同，因此需每种农作物对应其生长阶段配备相应的适于农作物生长所必须的微量元素配方。将上述配方的药剂信息输入显示系统中。此外，对于施药，也要考虑不同种类农药在不同时间进行施肥，先采集农作物所在生长环境的气象信息，气象信息包括空气温湿度、太阳辐射、降雨量、风速、风向、降雨量、气压和二氧化碳浓度，结合天气预报信息预报灾情信息等，模拟在各种气象环境下对农作物是否进行施肥操作。本发明实施例的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法的一个特点是，以实际环境中的农作物为基础，构建出3D虚拟沙盘系统，在演示互动环节时，一方面是3D虚拟沙盘系统中存储有多种之前收集的案例，另一方面是与当下农作物的实际环境等联系起来，比如在进行农作物施肥施药演示交互时，可以接收3D虚拟沙盘系统中存储的农作物对应的实际农作物的当前情况信息，比如当前和未来一段时间内的气象信息，然后在演示时，可以实时让用户知道当前是否适合施肥、施药，施肥的肥料配方、施肥的用量、施肥时间和在农作物实际环境时施肥操作怎么较为合适，这样，贴近真实情况，更加逼真。而且对于一些农户来说，这样的演示利于指导实践。
S14、对3D虚拟沙盘系统中的文字和图形分别作图像显示处理，在3D虚拟沙盘系统中的同一显示界面上对文字采用2D显示，对农作物、果实及农作物周围环境采用3D立体显示。显示界面上显示的文字通常包括：施肥参数、施药参数，或者一些3D虚拟沙盘系统操作的交互信息。这里的3D虚拟沙盘系统的显示器采用2D/3D共融显示屏。本发明实施例中对图像部分采用3D显示，对文字部分采用2D显示，实现2D/3D共融显示，克服人对阅读3D文字的眩晕感和不适感，同时对显示的立体图像的逼真度，提升了用户体验。
以上是构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统的详细描述。
S2、接收用户设置的3D虚拟沙盘系统的生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；
其中，所述生长参数包括但不限于地理位置、气候参数、光照参数、作物品种、物候期等参数，用户可以通过用户界面输入3D虚拟沙盘系统的生长参数。本步骤中，所述根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型包括：
S21、在服务器中获取和更新所述生长参数对应的3D素材模型文件。
其中，所述服务器中存储有不同作物的3D素材模型文件；具体可以使用Autodesk3D max工具对作物植株标准树型、根系、光照等完成3D素材建模；将建模完成后的“.3ds”素材模型源文件上传至3D虚拟沙盘系统管理后台，并设置好各个模型文件对应的作物、品种名称、气候参数等数据。沙盘系统客户端启动后将自动更新和获取服务器端对应作物、品种和属性下的素材数据，并缓存至本地硬盘；
S22、将所述3D素材模型文件解析渲染为3D标准树模型；
所述3D虚拟沙盘系统内置3ds文件解析引擎，可将3D MAX输出的3D模型文件读取并解析渲染为3D标准树模型。通过解析和渲染对应的3D模型素材，生成符合所述生长参数的作物品种的虚拟3D标准树模型(如砂糖橘生成砂糖橘树型)，并可以要根据物候期，调整生成不同生长阶段的3D标准树模型的特征。
S23、在所述沙盘系统工作区中显示所述3D标准树模型。
如图2，在沙盘系统工作区中显示砂糖橘在幼果期的3D标准树模型。
S3、接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数；
其中，所述施肥施药参数包括但不限于施肥种类、施肥量、施药种类和施药量。具体可以在沙盘系统工作区中的“常用肥料”、“常用农药”中选择常用肥料和农药，作用于虚拟3D沙盘系统的作物上。可以通过本系统中的常用肥料、常用农药，快速了解对应作物的相关肥料、农药的参数和使用方法。
S4、判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；
本发明中，可以预先存储各个3D标准树模型在各个施肥施药步骤的施肥施药参数标准，将所述施肥施药参数与预存的该3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准相比较，来判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准。
S5、若所述施肥施药参数符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。
如图3，进过一次施肥施药操作后，将显示所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。此外，图3中将农作物的生长周期划分为了多个阶段，如春梢期、开花期、幼果期、夏梢期、膨果期、秋梢期、成熟期、采收期、休眠期。当然本发明采用上述分阶段，实际中用户也可依据农作物生长需要划分为不同阶段。在进行农作物的施肥施药演示时，点击每个时期，同时显示出处于相应时期的农作物情况，然后界面上给出操作提示，和一些注意信息，用户依据操作提示进行施肥施药操作。同时，本发明一个优选实施例中，当在某个阶段如开花期施肥后，在3D虚拟沙盘系统的显示界面上还有一个农作物生长预测模型，当农作物被施肥后，在显示界面上弹出下的显示屏幕，显示农作物在截止下一次施肥前的生长动画，可以设定一个逐渐变化的时间间隔，如施肥后第一天，农作物无变化，施肥后第5天，农作物逐渐有变化，并标示出施肥后肥料在农作物上的传输路径，以及农作物的各个部位吸收哪些微量元素，施肥对农作物各部分的影响变化。
此外，为增加趣味性，在3D虚拟沙盘系统的显示界面上还有一个与农作物做成赋予生命的动画区域，如施肥时，农作物像人一样在喝水，在施肥完后，表现的心满意足的表情，并通过3D虚拟沙盘系统的声音装置发出“吃饱了，谢谢”。因此在3D虚拟沙盘系统的显示界面依据用户需要分出预定数量的显示区域，通过声音和动画的结合，增强了交互的趣味性。
在本发明一个实施例中，为提升演示的学习效果，该3D虚拟沙盘系统的显示器采用触控显示屏幕，在显示屏幕上文字是2D显示，而农作物、施肥有关的工具和肥料、施药有关的药剂和水以及施药工具等都是以3D显示，本实施例的特别之处在于：模拟真实的施肥施药环境，具体的交互控制方法如下：
接收到用户触控指令后，启动3D虚拟沙盘系统，并进入触控屏幕的开始界面，开始界面上有农作物种类对话框；
接收用户选择农作物种类的触控指令，显示相应的农作物3D标准树型；
接收用户对所选择农作物的生长阶段选择指令；
弹出该生长阶段所需的施肥种类，以及存在哪些病虫害问题以及对应的施药方案以及对应的农药；这里是模拟真实中的施肥和施药，因此，所施肥料为市场上已有的品牌，在选择施肥时弹出相应的肥料种类和品牌，如果用户对所要选用的相关品牌的肥料还不理解，点击该品牌的肥料图标，弹出可以看到该种品牌肥料的说明文本框，用户在了解后可以再次点击说明文本框则其从屏幕上消失。
接收用户选择的指定品牌的肥料，并根据施肥说明输入肥料的用量和配比，生成用于所选农作物在指定生长阶段的肥料，然后用户在显示屏幕上触控选择施肥工具，拉动配好的肥料装载到施肥工具中，施肥工具图标可以自定义，也可是现在市场上有在卖的施肥器制成图标，然后控制施肥工具图标设置好施肥量在农作物的对应部位施肥，这个屏幕操作过程算施肥结束。用户可以将数个品牌的肥料配制成复合肥。本发明一个最大特点是，可以在显示屏幕上分出一个视频演示区和用户操作练习区，这样用户可以边看3D虚拟沙盘系统的显示屏幕上一侧区域的视频演示，同时在显示屏幕另一侧区域跟着视频演示进行施肥操作，从肥料配置到装入施肥工具到施肥都可以边看视频学习边操作，通过实践证明，这能极大地提升施肥过程中用户的兴趣，同时便于用户快速掌握施肥知识和技术要领。同时本发明还可以实现3D虚拟沙盘系统的最大商业化利益，可以为品牌肥料和施肥器厂商做广告，用户在选择肥料品牌和施肥器品牌的过程中，就容易记住肥料品牌和施肥器品牌名称，便于用户在实际种植农作物时购买演示操作中的品牌肥料和品牌施肥器。
接收用户选择的指定品牌的农药，并根据施药说明输入农药的用量和配比，配制成待喷洒的农药后，分装到施药工具中，如指定品牌的喷雾器，然后在屏幕上操控喷雾器图标并设定好喷药量对农作物的指定部位进行喷雾，为增加真实性，在农作物上可以设计相关害虫在农作物的树干或者叶子上爬行，然后在施药中显示害虫的变化，如跌落或者直接被干掉的惨状，增加真实性。喷雾完成后，则施药操作完成。这里也可如施肥那样，在可以在显示屏幕上分出一个视频演示区和用户操作练习区，这样用户可以边看3D虚拟沙盘系统的显示屏幕上一侧区域的视频演示，同时在显示屏幕另一侧区域跟着视频演示进行施药操作，从农药配置到装入喷雾工具到施药都可以边看视频学习边操作，通过实践证明，这能极大地提升施药过程中用户的兴趣，同时便于用户快速掌握施药知识和技术要领。同时本发明还可以实现3D虚拟沙盘系统的最大商业化利益，可以为品牌农药和喷雾器厂商做广告，用户在选择农药品牌和喷雾器品牌的过程中，就容易记住农药品牌和喷雾器品牌名称，便于用户在实际种植农作物时购买演示操作中的品牌农药和品牌喷雾器。
此外，本发明还可以实现远程无线操控学习，将3D虚拟沙盘系统安装到服务器中，用户在远端甚至于就是农作物施肥施药现场，通过手持电子设备终端经无线网络连接到服务器中，远程登录到3D虚拟沙盘系统中去观看施肥施药演示，同时用手持电子设备终端和3D虚拟沙盘系统进行实时交互。
随着增强现实技术的大量应用，本发明实施例还可以将3D虚拟沙盘系统与增强现实技术结合，本发明的基于3D模型的农作物施药施肥方法进一步包括：
实时显示采集到的农作物及其环境图像；
获取农作物当前所在环境的地理位置息、气象、温度、湿度、土壤等信息；
识别出农作物种类；
从3D虚拟沙盘系统的预先存储有多种农作物及全球各种农作物生长环境信息数据库中配对出与该农作物种类相同，当前生长情况近似的3D标准树模型和相似环境的3D沙盘；
3D虚拟沙盘系统演示农作物的施肥与施药视频；
提示佩戴AR设备的用户通过在AR设备的显示屏观看施肥的视频，并指导用户按照该视频对着农作物进行施肥操作，例如可以按照前面的操作按顺序从选择品牌肥料到配制成复合肥料，边演示，边采集用户的现场配制肥料图片，若配制肥料图片中肥料因混合不均匀的问题导致采集的图片与3D虚拟沙盘系统预存的配制复合肥料有较大区别时，提示用户改善操作，直到采集到用户配制的复合肥料图片符合预设要求为止，这样就杜绝了施肥前因配制复合肥料不均匀或者缺少某些肥料而导致施肥后影响农作物正常生长的因素。
提示佩戴AR设备的用户通过在AR设备的显示屏观看施药的视频，并指导用户按照该视频对着农作物进行施药操作。这里的施药步骤技术上类似于上述施肥操作的技术，都是演示视频，采集用户操作图像，与系统数据库中预设的图片比对等，要用户按照正确的施药方式施药。
本发明提供的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法采用3D虚拟沙盘系统替代传统施肥施药的操作教学方式，提升农作物施肥施药过程的直观性和互动性，节省教学演示成本；通过用户设置的生长参数，3D虚拟沙盘系统自动调用内置素材库生成3D标准树型。对该3D标准树型可以进行不同生长期内的虚拟施肥施药作业，通过判断施肥施药技术是否符合当前作物的生长期的用肥用药标准来显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、提升农作物施肥施药过程的直观性和互动性，节省教学演示成本；
2、可以根据实际的位置、气候、物候期、作物品种等设置3D沙盘系统的生长参数；
3、可以选择需要操作的作物和品种，突破传统施肥施药教学方式单一品种的局限性；
4、通过3D沙盘系统可以进行虚拟施肥施药操作，并能提示和指导施肥施药步骤、施肥施药量和注意事项。
本发明还提供另一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其与图1的不同在于：
在所述步骤S2与S3之间，所述方法还包括：
S21、显示所述3D标准书模型的施肥施药步骤、各个施肥施药步骤的施肥施药参数和各个施肥施药步骤的注意事项。
如图2所示，在施肥、施药过程中，会在3D沙盘系统工作区底部提示当前肥、药的标准操作程序和使用方法，以及用量、注意事项等指引。
在所述步骤S5之后，所述方法还包括：
S51、显示本次施肥施药的施肥施药量、施肥施药作用时长，以及施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化数据，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布数据。
具体参见图4，在沙盘系统的工作区域显示上述数据。
S52、当接收到用户的撤消指令时，撤消最近一次对所述3D标准树模型的施肥施药操作。
如图4，沙盘系统工作区显示有：施肥、施药和撤消按钮，用户点击撤消按钮，则可撤消最近一次对所述3D标准树模型的施肥施药操作。
S53、记录用户的施肥施药步骤和施肥施药参数，将所述施肥施药步骤和施肥施药参数输入深度学习模型中进行优化；当用户再次登录时，获取并显示优化的施肥施药步骤和施肥施药参数。
本发明中，具体可以采用Google TensorFlow AI框架进行深度学习和算法优化。
S54、当用户结束操作时，存储所述3D标准树模型，以便完成所述3D标准树模型的打印。
图5是本发明提供的一种基于3D模型的农作物施肥施药演示装置，所述装置包括：
构建模块51，用于构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统；
接收显示模块52，用于接收用户设置的3D虚拟沙盘系统的生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；
接收模块53，用于接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数；
判断模块54，用于判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；
显示模块55，用于若所述施肥施药参数符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。
在一种实施方式中，所述接收显示模块52包括：
获取模块，用于在服务器中获取和更新所述生长参数对应的3D素材模型文件；所述服务器中存储有不同作物的3D素材模型文件；
分析渲染模块，用于将所述3D素材模型文件解析渲染为3D标准树模型；
子显示模块，用于在所述沙盘系统工作区中显示所述3D标准树模型。
进一步的，所述装置还包括：
第一显示模块，用于显示所述3D标准书模型的施肥施药步骤、各个施肥施药步骤的施肥施药参数和各个施肥施药步骤的注意事项。
第二显示模块，用于显示本次施肥施药的施肥施药量、施肥施药作用时长，以及施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化数据，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布数据。
撤消模块，用于当接收到用户的撤消指令时，撤消最近一次对所述3D标准树模型的施肥施药操作。
优化模块，用于记录用户的施肥施药步骤和施肥施药参数，将所述施肥施药步骤和施肥施药参数输入深度学习模型中进行优化；
第三显示模块，用于当用户再次登录时，获取并显示优化的施肥施药步骤和施肥施药参数。
存储模块，用于当用户结束操作时，存储所述3D标准树模型，以便完成所述3D标准树模型的打印。
本发明还提供一种基于3D模型的农作物施肥施药演示系统，所述系统包括服务器和上述任一所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示装置。
另外，结合图1描述的本发明实施例的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法可以由基于3D模型的农作物施肥施药演示设备来实现。图6示出了本发明实施例提供的基于3D模型的农作物施肥施药演示设备的硬件结构示意图。
基于3D模型的农作物施肥施药演示设备可以包括至少一个处理器401、至少一个存储器402以及存储在所述存储器402中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器401执行时实现本实施例所述的方法。
具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器402可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器402可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器402可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器402是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器402包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法。
在一个示例中，基于3D模型的农作物施肥施药演示设备还可包括通信接口403和总线410。其中，如图6所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线410连接并完成相互间的通信。
通信接口403，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线410包括硬件、软件或两者，将基于3D模型的农作物施肥施药演示设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线410可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
另外，结合上述实施例中的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种基于3D模型的农作物施肥施药演示方法。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，所述方法包括：
构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统；
接收用户设置的3D虚拟沙盘系统的生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；
接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数；
判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；
若所述施肥施药参数符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。
2.根据权利要求1所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，所述根据所述生长参数生成并显示虚拟3D标准树模型包括：
在服务器中获取和更新所述生长参数对应的3D素材模型文件；所述服务器中存储有不同作物的3D素材模型文件；
将所述3D素材模型文件解析渲染为3D标准树模型；
在所述沙盘系统工作区中显示所述3D标准树模型。
3.根据权利要求2所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，所述接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数之前，所述方法还包括：
显示所述3D标准书模型的施肥施药步骤、各个施肥施药步骤的施肥施药参数和各个施肥施药步骤的注意事项；
显示本次施肥施药的施肥施药量、施肥施药作用时长，以及施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化数据，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布数据。
4.根据权利要求3所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，所述方法还包括：
当接收到用户的撤消指令时，撤消最近一次对所述3D标准树模型的施肥施药操作；
当用户结束操作时，存储所述3D标准树模型，以待用户调用所述3D标准树模型进行3D打印。
5.根据权利要求3所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，所述方法还包括：
记录用户的施肥施药步骤和施肥施药参数，将所述施肥施药步骤和施肥施药参数输入深度学习模型中进行优化；
当用户再次登录时，获取并显示优化的施肥施药步骤和施肥施药参数。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，所述构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统具体包括：
S11、采集农作物所在地形数据，结合GIS构建农作物所在区域的3D电子沙盘；
S12、采集农作物的3D图像，识别农作物类型，结合农作物所在环境的3D电子沙盘构建含该农作物的3D虚拟沙盘系统；
S13、对应不同生长阶段的农作物的3D初始标准树模型，输入相关的施肥参数和施药参数信息；
S14、对3D虚拟沙盘系统中的文字和图形分别作图像显示处理，在3D虚拟沙盘系统中的同一显示界面上对文字采用2D显示，对农作物、果实及农作物周围环境采用3D立体显示。
7.根据权利要求1至5任一项所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示方法，其特征在于，将3D虚拟沙盘系统与增强现实技术结合，所述演示方法还包括：
实时显示采集到的农作物及其环境图像；
获取农作物当前所在环境的地理位置息、气象、温度、湿度、土壤等信息；
识别出农作物种类；
从3D虚拟沙盘系统的预先存储有多种农作物及全球各种农作物生长环境信息数据库中配对出与该农作物种类相同，当前生长情况近似的3D标准树模型和相似环境的3D沙盘；
3D虚拟沙盘系统演示农作物的施肥与施药视频；
提示佩戴AR设备的用户通过在AR设备的显示屏观看施肥的视频，并指导用户按照该视频对着农作物进行施肥操作；
提示佩戴AR设备的用户通过在AR设备的显示屏观看施药的视频，并指导用户按照该视频对着农作物进行施药操作。
8.一种基于3D模型的农作物施肥施药演示装置，其特征在于，所述装置包括：
构建模块，用于构建农作物施肥施药的3D虚拟沙盘系统；
接收显示模块，用于接收用户设置的3D虚拟沙盘系统的生长参数，并根据所述生长参数生成并显示3D标准树模型；
接收模块，用于接收用户对所述3D标准树模型进行施肥施药的施肥施药步骤和施肥施药参数；
判断模块，用于判断所述施肥施药参数是否符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；
显示模块，用于若所述施肥施药参数符合预存的所述3D标准树模型在所述施肥施药步骤的施肥施药参数标准；根据所述施肥施药参数显示施肥施药后所述3D标准树模型内部性征的变化，以及各类营养元素在所述3D标准树模型上的分布情况。
9.一种基于3D模型的农作物施肥施药演示系统，其特征在于，所述系统包括服务器和如权利要求8所述的基于3D模型的农作物施肥施药演示装置。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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