【数字农业】虚拟现实技术在农业中的应用

农业大数据、云计算、移动互联网、农业物联网、人工智能等农业信息技术的进步与渗透推动了数字经济在农业领域的发展，利用数字技术赋能农业，有助于提升农业生产效率与发展质量。

（一）虚拟植物

可以利用虚拟现实技术模拟植物在三维空间中的生长发育过程。虚拟植物能够精确地反映现实植物的形态结构，极具真实感。利用虚拟植物技术，我们可以在电脑屏幕上设计农作物，然后再进行实际培育或用基因工程技术繁殖出真实的农作物，使农作物新品种具有虚拟植物的理想性状。

（二）虚拟动物

可以利用计算机可视化地模拟动物在各种营养物胁迫条件下的生长过程，用户操作计算机不但可以了解动物生长全过程中鲜、干各种物质的积累形状，而且还可以从不同视角了解动物的逼真形态。在计算机支持下，一次模拟实验只需几分钟即可得到实验结果，大大加快了实验的速度，减少了实验的投入，而且可以完成在自然条件下难以得到的实验结果。

（三）虚拟立体农业

可以通过对光资源利用的模拟，进而可模拟地下部对水、肥等的吸收利用状况等，实现对立体农业间作、套种、混种等的规划及优化管理。

（四）虚拟节水

可以模拟不同作物、不同株型、不同节水型灌溉方式、不同的栽培管理措施，以及模拟自然降水过程对水分的吸收利用状况，来实现水分最大的利用效率。

（五）虚拟实验

可以利用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行实验，可以部分地替代在现实世界中难以进行的实验，或者是费时、费力和费钱的实验。

（六）虚拟农场

在教学、科普教育和农业科技推广领域，可利用虚拟植物模型建立虚拟农场，让学员在计算机上种植虚拟作物，进行虚拟农田管理，直观地观察作物生长过程及最终结果。

（七）虚拟果树修剪

虚拟果树修剪系统，可以模拟果树具有生长功能，该功能可以模拟真实果树的各种生长状况，并对各种因素的改变作出近似实际的反应。

（八）虚拟农业布局

利用虚拟农业技术进行模拟，可以实现农业布局规划设计效果的形象化；在观光农业中，可以模拟采摘、销售、观赏、垂钓、游乐等活动，为旅客设计合理路线，让旅游者最大限度地参与、亲自体验。

（九）虚拟农业区划

模拟粮食生产与多种经济作物合理搭配种植；模拟农、林、牧、副、渔业相结合的农业可持续发展模式。

（十）虚拟城市农业

城市农业是充分合理地利用城市空间和优越条件来发展农业的一种探索。可以利用虚拟现实技术模拟环境、生态、科技、生产、观赏为一体的城市农业综合发展模式，便于决策、实施。

（十一）虚拟农机

可以虚拟农机设计、农机制造和农机测试。例如，采用虚拟农业技术，对试验对象的各个指标同时进行数据的测量、实时处理和实时分析，有利于提高测试水平，得出比较精确的结论，为系统的优化设计提供更可靠的依据。

（十二）虚拟温室

虚拟温室是将数据、材料、模型、物理属性和高级算法整合成的一个研究平台，研究温室对外界环境的反应，将物理学（如温室围护结构的传热和力学属性）和环境学（气候变化和植物生理信息）结合起来，进行预测和预报温室对外界各种变化（气候条件、植物生长和人工干扰）的反应，而且能够观察、显示和打印其结果。

（十三）虚拟农业生产管理

农业生产是一个巨型复杂的过程。由于其自身的一些特点，如土壤类型众多、作物品种复杂、病虫害发生频繁且症象不断变化，肥水、密度以及气候相互之间的关系和影响等，使得农业生产管理复杂而艰难。因此，利用虚拟现实技术模拟仿真农业生产中的各个环节，不仅可以节约费用而且能够提高管理的水平和效率 。

虚拟现实技术对农业推广的作用

（一）建立农业数据库，农业生产可视化

通过建立集场景三维拍摄、远程实时传输、远程沉浸式显示等功能为一体的可视化技术体系，可以获取作物的三维信息，了解作物长势以及病虫害问题，以便及时作出应对。在河南鹤壁的农科院有一个智能的农业监测系统，该系统以图像和数据的方式直观地呈现出此时此刻农田中的生态环境参数，甚至于植物吸收光的能力和转化光的能力也一览无余，随着镜头的推进，单株植物的生长状况清晰可见，害虫也将无处藏身。有了这样的监测系统，农户在家就可以实现对“问题农田”的操作，既快速省力，又能够避免过多的农药对生态环境造成不良影响。

（二）培育新品种以及品种改良

为了提高农作物产量，需要培育高产的农作物新品种。建立虚拟育种系统及虚拟育种实验室，使用虚拟现实技术设计模拟出农作物的不同株型，在虚拟环境下定量模拟虚拟植物吸收光的能力和光合作用的能力，从中选育出最优株型。虚拟育种实验可以科学指导育种试验，减少了外界一些不可避免的因素，在一定程度上解决了某些在现实世界难以进行的育种试验。

（三）开发虚拟农场，寓教于乐

利用虚拟现实技术打造一个虚拟农场，虚拟农场包括四个模块: 一是作物种植; 二是动物养殖; 三是农产品加工; 四是农机使用。在游戏中体验者可以通过与游戏中的 NPC 对话学习农业知识，根据系统提示对植物、动物进行必要的操作，然后将得到的农产品加工。体验者还可以进行开垦、播种、浇水、喷药、施肥、收割等操作。

（四）辅助传统农技推广

一直以来，国家都对农业问题给予高度重视，不断强调农技推广的重要性，但在实际的工作中，农业推广技术员欠缺、经费不到位等问题一直得不到解决。农技推广机构在乡镇中无站无址，农业技术设备不完善，甚至一些地方的农技推广队伍已经名存实亡，加上农民的文化程度相对较低，对于科技推广的接纳度不够，导致了农技推广工作难以开展。利用虚拟现实技术可以模拟各种技术的操作，对于农民来说，如此直观的方法更具有说服力。

（五）建立虚拟农业博物馆，传承传统农业文化

我国农业历史悠久，发展农业不仅是科学技术的发展，更是对传统农业文化的传承。科学普及农业科技识，提高全民对三农的认识也应该作为农业推广的主要工作。北京农业数字博物馆集网上展示、知识共享、传播与科学互动体验为一体，将文字、图像，视频、动画、虚拟现实等多媒体进行整合，使用户可以不受时间空间的限制，任意选择想要观看的内容。

（六）建立虚拟农业展厅，促进农业贸易

建立网上虚拟农业展厅，让全程全方位展示农业生产成为可能，解决了因农产品生长周期长、生产过程难以体现以及鲜活农产品不易保存运输的问题。与传统的农业展厅相比，虚拟农业展厅有以下优势: 一是突破了时间和空间的限制，通过网络使得网上虚拟展厅的传播范围更广泛; 二是低碳环保，节约大量参展成本; 三是互动广泛，效率高，开启全新的营销模式。

结语

2020年农业农村部发布数字农业农村发展规划中指出:依据《数字乡村发展战略纲要》的决策部署，加快推进重要农产品全产业链大数据建设，打造数字农业农村综合服务平台。利用5G时代+大数据+虚拟现实技术，构建综合信息服务体系，全面推进数字技术的综合应用和集成示范。5G时代背景下，如何借助数字农村的试点项目，推出虚拟现实农业科技服务平台，全域推进种植业、畜牧业、渔业和质量安全监管等领域的数字化改造，探索可复制可推广的建设模式。突出虚拟现实科技在农业发展中的新作用，切实解决并引领农村区域内新旧动能转化的思路。

虚拟现实技术可以在虚拟作物各要素间精确模拟，在虚拟生长环境中观察和考究动植物生长因素和环境因素，结合大数据和人工智能将动植物生长因素量化，为智能农业和精细化、标准化农业种植园奠定基础。构建农业虚拟现实科技创新服务平台的重要价值在于服务农业生产及管理、农业科普教学及实验以及农业服务推广。虚拟现实技术的可视化、沉浸式服务模式可以为“三农”提供飞跃性的帮助，摆脱以往的陈旧模式，将解决实际问题和关键问题为首要任务，抓住农业发展的契机实现新旧动能的转化，助力农业高质量发展。

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