农业教学虚拟技术论文

摘要：虚拟现实技术可以让学生充分的融入到拟真的环境当中，学生的每一个操作，计算机系统都可以给出一个相对真实的反应，这一种技术可以充分的锻炼学生的实操能力，减少学生在现实当中进行实验时出现错误的可能性，同时还能帮助学生更好的实现实际生活当中新农业物联网专业的知识的运用，还可以减少因学生长时间使用实验设备对其造成的损伤，同时降低了学校实验器材的维护成本。下面是小编为大家整理的《农业教学虚拟技术论文 (精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

农业教学虚拟技术论文 篇1：

虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用分析

[摘 要]随着科技的发展，各种信息技术对人们的生产生活都产生了重要的影响，虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用成为一项重要课题，为农业生态环境教学的提升起到了推动和促进作用。该文结合虚拟现实教育的相关理论及基本概念，指出了其在农业生态环境教学中的应用存在的问题，并有针对性地提出了解决对策，希望实现学生的全面综合成长。

[关键词]虚拟现实技术;农业生态环境教学;教学改进

一、虚拟现实教育的理论基础

(一)建构主义学习理论

作为虚拟现实教育的基础理论之一，建构主义学习理论更加侧重于学生在学习的过程中对于所接触到的专业知识内容产生自己的思考，并在此基础上进行深入的学习和理解。建构主义学习理论最大的特点就是，学生通过现实中的学习工具，对学习资源和前辈的经验进行分析总结，在特定的场景下展开深入的学习，并且在这个过程中形成具有明显个人特点的知识架构。

在使用虚拟现实技术进行专业学习的时候，因为这项技术可以很好地消除学习者和软件之间的隔阂，让学习者通过沉浸式的学习方式在主动的实践中产生对于学科知识点最直观的感受，并且能够激发出学习者的主观能动性，让他们在学习的过程中主动反思不同阶段的学习体验，然后和其他的学习者进行沟通和交流，在协作和反思中结合知识内容学到的知识点进行再创造，以实现通过学习在脑海中形成是新的知识架构体系的教学目的。

(二)情境认知理论

情景认知理论也是虚拟现实教育理论的重要基础，最直观地体现了虚拟现实教育的特征。经过大量的实践和研究证明，通过和学科知识相关的情景设定引导学生进行学习，可以最大限度地让学生在熟悉的情景中产生对于学科知识的学习动力和探索欲望，也可以让学生更加直观地对所学的知识和具体情景产生联系，通过主动的学习提升对于知识点的掌握程度，提高专业课程教学效率。情景认知理论可以分为主体和客体两个部分：一方面，学生作为学习的主体，在虚拟现实教学中教师必须密切地关注学生对于知识点的掌握情况和学习态度，通过具体的情境设定启发学生在新旧知识点之间形成联系，让学生通过主动学习获得更多的知识。另一方面，在情境的设定上不仅要贴合专业知识的内容，而且也要符合客观规律以便能够让学生更加轻松地掌握和理解。

(三)模拟思维方法

模拟思维方法具有显著的工程学科的特征，在实际教学的应用过程中，虚拟现实软件的开发和设计者结合相应的学科知识，在软件中建立起和现实中的模型相似度非常高的先去物理和化学特征的虚拟模型，让学习者通过沉浸式的学习体验现实中的真实模型进行间接的研究和分析，在这个过程中形成与学科内容相匹配的思维方式，提升学习者的学科专业素养，显著提高学习效果。除此之外，模拟思维方式对于具体教学内容的指导还体现在另外一个方面，那就是基于学科内容，采集大量的相关数据和案例，在虚拟现实技术软件里建立起能够体现学科规律的数据模型，学生可以通过虚拟现实技术软件进行专业学科的学习，更加直观的了解一些因为技术和客观原因限制而不能在教学过程中开展的实验，对实验过程和实验现象有进一步的了解，对专业学科的学习能够起到很好的辅助作用。

二、虚拟现实技术与虚拟农业的基本概念

(一)虚拟现实技术

对于虚拟现实技术定义的理解各有千秋，但是可以总结归纳为通过计算机高数据的信息化模拟，将参与者的位置信息、运动轨迹等进行一定的媒体化呈现，同时在视觉、听觉和触觉方面进行与现实的高度统一，在执行整个计算机运算的过程中，给参与者构建逼真的现实体验。我国“十三五”发展规划中明确提出要落实虚拟现实技术的前沿发展布局，做到和自然现实的相互交融，在新一代5G技术的迅速发展下，两者之间相互促进，更为迅速和稳定的实现信息传输以及多媒体的呈现。国内外专家工作者对于虚拟现实技术的研发十分重视，已经出现了多个公司和企业进行合作，联合建立虚拟现实实验室，开展更为深入的研發，我国的网络技术和虚拟现实技术也在紧跟时代潮流，实现更好的发展。虚拟现实技术在教育、军事、医学和娱乐等多个领域实现了广泛的应用，促进了多领域的高速信息化发展。

(二)虚拟农业

虚拟农业是虚拟技术的一个延伸和演化，同时也是对于虚拟技术的一个现实应用。具体的定义为在计算机技术的指导下，利用编程和数字化统计实现农业生产加工和虚拟模拟的有机结合，更加高效和便捷地实现农业生产和研发工作的开展。可以对往年的数据进行录入，然后利用计算机计算和模拟功能进行预测和大数据的管理，也可以实现对于农业种群生长周期的认识以更好地实现对农业生产的科学化管理。实时操作和掌握作物的生长条件和参数，可以实现更高产量、更高水准的生产和管理，在农业生产中实现虚拟技术的广泛运用。

三、虚拟现实技术在农业生态环境教学应用中存在的问题

(一)虚拟技术待于升级

在虚拟现实技术中，情感体现和内容丰富度先天有个比较难以跨越和逃避的技术局限，技术有待升级优化。虚拟现实技术是一项将抽象理性的对象化过程的技术，其对硬件配备有着很高的要求，而目前市场上对于这个还没有比较完善成熟的产品，这致使技术优化升级处于待发展的阶段。包括在传感技术机制、采集和物理建模技术、高速图像图形处理技术、人工智能等多个领域的发展都存在着或多或少没有解决的技术难题，三维建模技术也在等待有更进一步的优化与改进[1]。当前市场上存在着虚拟现实技术产品的价格和功能不匹配的情况，价高，功能较多的产品购买的人很少;价低功能简单的产品用户体验感很差，所以，想要虚拟技术有效发展前进，需要对其进行调整、优化，做到以最好的性价比体验到优质的产品。科技智能产品不断更新换代的核心在于以较低的成本达成最佳的用户体验。

(二)知识结构需要丰富

将虚拟现实技术应用到农业生态环境学的课堂教学中，需要对课程的知识结构设置提出更高标准的要求，需要在提升知识深度的基础上，扩大知识结构的丰富性与广度。只有这样才能尽可能发挥出将虚拟现实技术应用于农业生态环境教学的课堂的有效性和高效性，致使学生对于学习生态知识产生兴趣和热情，催生出学生的学习动力。如果情况相反，在不增加教学知识广度的情况下，只会让整体课程沦为技术手段不断堆叠的产物，从而失去了课堂原本的基础价值，偏离了引入技术手段的初心。

在课程架构优化调整的过程中，应该以课本作为教学大纲的出发点，不断完善知识网络，使知识的深度和广度都得以丛中体现，以此刺激学生在实践知识的过程中进行思考，加深对课程内容的理解，同时促进课堂与学习的高速有效完成。

(三)教学内容亟需拓展

在对农业生态环境学科课程教学的实际过程中，需要学生切实掌握书本知识的深度，并能够对其进行进一步思考分析的能力水平。在应用虚拟现实技术的同时，需要培养学生对于知识原理进行思考的习惯，以此避免课堂变成单一的技术教学和数据整理分析过程。另外还需要在课程的结构中加入实际生活中会遇到的社会性问题，将社会性热点问题引入课程的思考讨论是为了提高课堂知识在实际应用中的有效程度，使学生不仅仅是熟知课本知识，还能将课本知识深度迁移到实际运用中去，增强学生的思维能力以及迁移能力，提升学生对于专业知识的敏感度，致使学生能够学以致用，提高教学效果。

(四)评价体系应于完善

虽然将虚拟现实技术引入农业生态环境学的课堂教学中是一种教学模式的改革与创新，但是在实际完成执行的过程中对整个教学系统需要进行调整与升级，从而实现课程整体的高度配合，使得课程内容和教学质量得到有效提升，给培养学生的综合素质提供了基础条件。所以在课程知识考核和平角体系上都需要进行优化提升，从而平衡每一位学生的成绩权重，在此基础之上突出重点课程、实际操作等内容的评价，弱化笔试考核成绩的权重，注重学生的思维能力、学习能力以及实践操作能力，有目的培养学生的综合实力水平。

在学期考核中，可以将近期发生的热点问题加入考核，并作为探讨的核心，让学生将课堂学到的知识实际迁移运用到日常的生活工作中，达到亲身实践验证书本知识内容和实际操作过程，真正理解掌握知识点和技能，形成体系话知识架构。

四、虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用

(一)升级虚拟技术

首先，从软件开发层面考虑，要充分了解专业教学方向和实际的教学需要，结合专业特点和课本内容，进一步加大在软件开发方面的资金和科研投入，提高虚拟技术软件和专业教学内容的贴合程度，确保虚拟技术软件能够和专业学科特点相匹配，有效提升软件的实用性。其次，为了让软件的功能能够更好地满足教师的日常教学需要，软件的开发者和日常维护的工作人员要根据 教学内容及时的更新软件的资料库，确保软件里有充足的和农业生态环境教学相关的数据资料，从而满足实际教学过程中的不同需求，为农业生态环境教学提供更加详实而真实的教学体验[2]。再次，作为学生专业学习的领路人，授课教师在日常的备课和工作中也要严格地要求自己，积极参加学校和软件开发商组织的软件应用培训，提升对于虚拟现实技术软件的应用能力和熟悉程度，用扎实的技术功底为教学活动打好基础，通过对相关软件的熟练应用，为学生带来更佳优质的课堂教学体验，从而提高生态环境学的教学效率。

(二)丰富知识结构

农业生态环境学是一门综合性非常强的学科，它不仅包含着丰富的知识点，需要学生运用逻辑思维能力对教学内容进行分析和思考，而且还需要学生对其他学科的知识有一定的掌握基础，以便能够在学习的过程中更好地掌握农业生态环境学的教学内容。这也为虚拟现实技术在农业生态环境学中的应用提出了更高的挑战，为了能够更好地适应农业生态环境学的教学需求，支持虚拟现实技术的软件必须要不断地更新软件数据库的资料，不仅要将最新的数据资料收入其中，而且还要确保旧的数据不丢失，保证数据内容的连续性和完整性。科研人员在进行软件研发的时候也一定要和相关科研单位建立起密切的沟通关系，及时掌握各种实验结果和数据，通过对资料的分析和整合确保虚拟现实技术软件可以更好地适合不同学习阶段学生的使用需要，真正让虚拟现实技术软件为学生和教学服务，提升虚拟现实技术软件的实用性和科学性。

(三)拓展教学内容

在使用虚拟现实技术进行农业生态环境学科教学的时候，为了让学生更好地把握学科教学内容，必须进行教学知识结构的延伸，进一步丰富和拓展教学内容，提升整个学科教学内容的深度和广度。比如在进行备课的时候结合教学大纲和课本知识对课程结构进行整合和优化，善于利用许多现实中最新的行业案例进行课程设计。在授课的过程中，为了让学生更好地理解教学内容，也应该引入一些最新的教学素材，来进一步充实和丰富课堂教学内容，让学生通过对教学素材的学习，发挥主观能动性对课本的内容和学科内容进行思考，从而进一步加深对教学内容的理解[3]。而且教师在授课的过程中，还要善于启发学生在学习课本知识的基础上结合平时的课后练习和实践活动形成自己对于知识的思考，通过虚拟现实技术对学科中的相关知识进行整合应用，让学生通过相关的软件进行模拟实验，并在软件中对实验结果进行分析和反思，在不断的学习和实践中培养学生的探索意识和创新精神。

(四)完善评价体系

通过对于教学结果的评价和分析可以帮助教师更加直观、全面的掌握学生对于教学内容的学习和吸收情况。在使用虚拟现实技术进行农业生态环境学科教学的过程中，虽然很多时候这项技术在教学的应用更多的是侧重于对于教学效果的提升，但是这也更加需要教师在教学过程中密切的关注你现实技术对整个学科知识点和教学策略的完善和提升作用，通过学生在学习过程中提出的问题以及教师在授课时对于学生在课堂上反应的观察，可以帮助教师灵活地调整教学策略，让虚拟现实技术更好地与教学实际相匹配，提升课堂学习效率。此外，在进行学期学习效果评价的时候，教师也可以选择一些学生比较关注的热点问题作为实践课题，让学生通过虚拟现实技术进行课题设计，在相关的软件上建立模型，并且进行数据分析，教师在这个过程中对于学生不同阶段的实践结果进行考核和分析，最终形成更加科学的评价内容[4]。

五、结束语

综上所述，信息化、智能化是现代科技发展的主流，给人们的各项活动带来了极大的便捷，并对人们的生产、生活、学习等方式带来了非常大的影響。对于虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用分析是非常具有现实意义的一项研究，是符合现代教育趋势的重要内容，其发展前景也是非常可观的。相关教师可以通过升级虚拟技术、丰富知识结构、拓展教学内容以及完善评价体系四个方面来开展虚拟现实技术的深入，促进学生的成长以及教育的发展。

参考文献

[1]陈文君，丁凯孟.探究虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用[J].教育现代化，2019，6(12)：198-200.

[2]陈尚军.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用研究[J].百科论坛电子杂志，2019(22)：110.

[3]孙雨欣，顾轩铭，田睿智，等.基于虚拟现实技术的交互展示系统设计—以生态环境保护为例[J].大众标准化，2020，No. 313(02)：170-171.

[4]吴姗姗，魏士驿，孙文文，等.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].艺术家，2018(10)：66-67.

作者：任素樱

农业教学虚拟技术论文 篇2：

虚拟现实技术在新农业视野下物联网专业教学中的应用

摘要：虚拟现实技术可以让学生充分的融入到拟真的环境当中，学生的每一个操作，计算机系统都可以给出一个相对真实的反应，这一种技术可以充分的锻炼学生的实操能力，减少学生在现实当中进行实验时出现错误的可能性，同时还能帮助学生更好的实现实际生活当中新农业物联网专业的知识的运用，还可以减少因学生长时间使用实验设备对其造成的损伤，同时降低了学校实验器材的维护成本。

关键词：虚拟现实技术;新农业视野;物联网专业教学

引言：

科学技术作为现如今生活不容忽视的存在，已经融入到生活的各个角落当中，在大学教育的课堂当中虚拟现实技术就发挥了重要的作用。新农业视野下物联网专业的实验教学不能准确、适时的实施，拟真环境可以解决这个问题，它能够帮助学生在有限的学习时间内获得校外的实际学习经验，甚至是一些课堂外的知识内容。

一、在大学阶段教育运用虚拟现实技术教学的意义

虚拟现实技术就是利用现有的高新技术软件以及仪器，将使用者置身于一个拟真的三维环境当中。在这一种环境当中使用者可以产生相对真实的感受，这些感受都是计算机系统根据使用者的举动进行相应的模拟而产生的感受，这一过程当中使用者如同在真实的现实环境当中，有效的获取需要的信息。当虚拟现实技术运用在课堂当中，可以让每一位学生在课堂上便能享受世界的美好，使得学生通过拟真的世界对于所学的知识更加的了解，掌握的更加深刻。

二、在新农业视野下物联网专业教学中使用虚拟现实技术的现状

(1)课程内容传统

实际教学当中实验课程大都使用传统意义上的教材，并没有因为科学技术的发展而改变教材当中的实验内容或者是方式，使得学生学习的实验课程与实际的运用要求相差较大，对于学生的动手能力和创造能力虽然有一定程度锻炼的作用，但是并不能将实验课程的作用真正的发挥出来。现如今的实验课程大都是教师讲解实验过程中的重难点以及实验的步骤，在学生了解了这些知识之后进行实验，这就导致了学生对于知识的掌握大部分还是来自于教师的讲解，这种教学方式不是以学生为中心的，学生自身因为实验而掌握的知识较少，学生的学习积极性并没有真正的被激发出来，虽然可以在一定程度上锻炼学生的实验的操作能力，但是对于提升学生知识的掌握程度并没有达到要求。

(2)教师技能生疏

在课堂教学当中使用虚拟现实技术不仅需要教师拥有相关的专业知识的储备，还需要教师拥有一定的实操技能，一旦虚拟现实系统出现故障，教师也可以在短时间内进行判断，如果是轻微故障教师可以自行修整，从而增加课堂上用于教学的时间。这就要求教师需要熟练的掌握虚拟现实技术，设备的使用以及一些基础问题的解决方法。

(3)忽视实操课程

现在的大部分学校对于学生的实操课程的考核不够重视，主要的成绩体现在学生的理论知识的熟练程度，这也就导致了學生认为教材上的理论知识相较于实操的内容要重要许多，从而忽视了实操的课程内容。

三、在新农业视野下物联网专业教学中使用虚拟现实技术的措施

(1)学生自主学习

在教师进行教学之前，学生需要自己主动的去了解相关的知识，对课堂上的知识点进行大致的了解，对于不熟悉的知识点可以在教材或者是互联网上进行查询，教师进行讲解的时候学生可以着重注意自身不了解的知识点，增加学生在课堂上学习的有效程度[1]。

(2)明确课程内容

教师则需要在了解学生课下学习之后的效果，根据学生知识掌握的程度进行课程内容的布置，针对大部分学生都不了解的知识点进行详细准备，对于学生掌握程度较高的知识点则可以一带而过，增加课堂上知识内容的传输效果。

(3)教材知识的掌握

学生通过虚拟现实技术进行教材上知识的学习，主要是学习一些在课堂上无法观测到的知识点，比如农作物在实际的环境当中是如何生长变化的，不同的环境条件对于农作物的生长具有什么样的影响，虽然在教材上可以通过文字将生长的变化描述出来，但是学生在拟真环境中通过自身的观察得到的结果将会加深学生对于知识点的掌握与理解。例如，农作物在环境比较潮湿的状态下所呈现的状况可以在虚拟现实技术当中充分的展现出来，不同的环境数据调节都可以通过拟真系统进行调节，进而展现在学生的面前，学生也可以通过拟真环境操作农作物大棚当中的各种浇灌设备或是控制光照的仪器。虚拟现实技术还可以将教材当中比较抽象、难以理解的语言转换成图像的形式展现在学生的视线当中，帮助学生理解教材上的知识点[2]。

(4)教材之外的知识探索

在学生掌握了教材上的知识点后可以让每一个学生自行去探索拟真环境当中每一个仪器或设备的使用，或者是让学生自主的去调节某一个环境因素，让学生观察在这一环境当中农作物的变化，从而让学生了解教材之外的一些知识，帮助学生在接下去的学习当中将这些知识融会贯通，达到真正掌握农业物联网专业知识的目的。

(5)锻炼实操技能

拟真环境可以让学生更加容易的融入到实验当中，在这一环境当中学生完成各种实验步骤，当实验步骤出现错误时，计算机系统也可以第一时间给出正确的反馈，学生对于实验当中需要注意的地方更加的深刻，在之后的实验当中也可以有效的降低错误出现的概率，充分的锻炼学生的实操技能。

结束语

新农业视野下物联网专业在课堂当中使用虚拟现实技术是现代社会高新技术快速发展之后的成果，这一成果可以帮助学生更好地了解教材上的知识点，帮助学生了解一些在课堂或者是实验室当中较少遇到的传感器或设备，让这一专业学生所掌握的知识、拥有的能力更加贴近现实，充分锻炼学生的实操技能，达到应用型人才培养的目标。

参考文献：

[1]杨晋娟. 虚拟现实技术在开放教育旅游管理专科实践教学中的应用[J]. 新疆广播电视大学学报， 2018， 022(003)：15-17.

[2]王晓红， 田梦薇， 张蕴玺. 虚拟现实技术在农业实验站系统中的应用与实现[J]. 信息通信， 2018， 000(005)：181-183

山东农业工程学院

作者：孙向群 王均超

农业教学虚拟技术论文 篇3：

基于VR操控的无人机系统在农业教学中的应用

[摘 要] 为促进无人机技术在高校农业教学中的应用，培养农用无人机应用技术人才，提升农业生产的信息化与精准化，设计了一个基于VR操控的无人机模拟系统，并应用于农业教学实践中。该系统在VR技术支持下实现沉浸式教学体验，提升了学生对无人机理论知识的掌握程度，解决了教学实践中无人机设备短缺的问题;实时视觉定位无人机的航行环境并创建三维点云地图，实现了农业信息获取的可视化与实时性。该系统具有完备的设计过程，能够直接应用于无人机农业教学中，为高校培养无人机农业技术人才创造条件。

[关键词] VR技术;微型无人机;农业教学

[基金项目] 2018年度福建省研究生教育教学改革项目“AR/VR技术背景下研究生教学模式改革研究与实践”(FBJG20180197)

[作者简介] 林志玮(1981—)，男，台湾台北人，博士，福建农林大学计算机与信息学院副教授，主要从事图像处理、图形识别研究;黄秀萍(1998—)，女，福建三明人，福建农林大学计算机与信息学院2020级统计学专业硕士研究生，研究方向为统计信息技术与数据挖掘、图像分割识别;洪 宇(1996—)，女，福建南平人，福建农林大学计算机与信息学院2018级统计学专业硕士研究生，研究方向为统计信息技术与数据挖掘、图像分割识别。

一、引言

随着科学技术的发展，基于机械化、自动化、信息化的农业机械设备为解放农业生产带来了新机遇，农业信息化是农业可持续发展的科技体现和发展基石。将现代信息技术与农业生产实践教学有机地结合起来，是高等农林院校须解决的一项复杂而艰巨的任务，是高校培养创新型、应用型、复合型农业信息化人才[1]，发展农业现代化的基础与保障。

受教学设备限制，目前绝大多数高校尚未开设无人机相关课程，造成无人机农业信息化人才短缺[2]。VR(virtual reality)技术是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，将VR技术与无人机相结合，可设计一个基于VR操控的无人机飞行模拟控制系统。利用VR技术实现对虚拟无人机的操控，能够有效解决实践教学中无人机设备短缺的问题，同时避免学生因实体无人机操控不熟练而引发的教学事故，且具有实践性强、展示力佳、学生施展空间大的优点[3]。系统附属的实时视觉同步定位及建图功能，能够让学生实时了解无人机侦察地點的植物分布、生长情况等实时信息。将VR+无人机技术应用于农业教学中，提升了学生在实践教学中的融入感以及动手与创新能力，更重要的是以农业信息化为导向，对培养有竞争优势的VR技术人才、无人机技术人才以及农业信息化人才，对满足农业可持续发展的需求具有重要意义。福建农林大学兼备农业和计算机类专业等多方面的资源优势，是我国农业信息化建设的主力[4]，为此，他们结合优势教学资源，构建培养VR+无人机农业技术人才的教学平台及跨专业教学团队，探讨培养新型农业高层次人才的教学改革新思路，为符合农业现代化发展建设输送技术人才。

二、无人机农业教学基础与关键问题

(一)无人机农业教学构建的基础

无人机农业教学融合了遥感、计算机、农业等多学科的专业知识。福建农林大学是一所以农林为特色的综合性大学，具有相关学科的专任教师，为跨学科教学团队的整合创造了条件。此外，具备众多的农业教学基地，可为无人机农业教学研究提供实践基地。

为解决实践教学中无人机设备短缺的问题，本文提出基于VR操控的虚拟无人机飞行控制模拟系统，只需在计算机机房便能实现无人机操作的实践教学。

(二)无人机农业教学应解决的关键问题

无人机农业教学涉及多学科交叉问题，在创建跨学科教学团队时，涉及不同学院、学科的专任教师，应合理配置团队人员，促进教学团队的交流合作，发挥跨学科教学的优势。

教学实践是将理论和实践有效结合的手段，是培养应用型人才的基础。传统涉及无人机设备的课程多数以理论教学为主，学生在学习过程中缺乏动手操作的机会，限制了创新型及应用型人才的培养。因此，改变传统的教学目标，侧重理论知识与实践相结合的教学新模式，借助无人机模拟飞行控制系统培养学生制订飞行路线、完成飞行任务、采集农业信息、执行农业植保任务的能力。

无人机目前在农业上的应用仍是新兴领域，并不成熟，主要存在以下问题：(1)植保无人机操作复杂，要求操作人员掌握基本操作技能[5];

(2)飞行规划需要考虑地形、障碍物、作业区域等因素，一般无人机不具备自动避障功能[6]，易造成飞行事故，需要学生进行航线规划[7，8]。通过开展无人机农业教学，可培养无人机技术人才，为农业信息化建设提供保障。

三、无人机教学平台的搭建

(一)基于VR操控的无人机飞行控制模拟系统构成

基于VR操控的无人机飞行控制模拟系统的结构如图1所示。系统主要由模拟模块、飞控模块、手势识别模块和机器学习模块构成。无人机模拟模块是创建虚拟无人机三维模型及在模拟地图上的所在位置，该模块提供了在不具有无人机设备的前提下，让学生在实验室机房中便能实现对无人机的飞行控制;无人机飞控模块是对虚拟无人机进行飞行控制;手势识别模块是获取手势信息并对手势进行识别;算法模块是对手势进行训练，进而获得具有较高识别准确率的识别模型。

(二)视觉同步定位与建图系统构成

视觉同步定位与建图系统的结构如图2所示。该系统主要由信息获取模块、视觉里程计模块、优化模块、回环检测模块和建图模块构成。信息获取模块具有图像信息获取、相机标定和图像校正功能;视觉里程计模块是对相机运动和局部地图进行估计;优化模块是对信息进行优化以及计算相机轨迹;回环检测模块是用于检测摄像机是否到达之前到达过的位置;建图模块是根据系统计算后得出地图信息实时创建三维点云地图。

(三)成果展示

为能更加直观地了解本系统，图3对基于VR操控无人机飞行控制系统及其附属的视觉定位与建图系统的成果进行展示。

图3为系统效果展示图。图(a)用于显示虚拟无人机的飞行轨迹，图中的绿色箭头为虚拟无人机的机头朝向，黄色线条为飞行轨迹。图(b)为虚拟无人机三维模型展示窗口，用于了解无人机当前的飞行动作。图(c)为基于VR手势识别对无人机进行飞行控制，VR功能的实现是借助Leap Motion体感控制器获取使用者的手部动作信息。图(d)为视觉同步定位与建图系统创建的三维点云地图，实验环境为室内。该地图是通过同步定位与建图系统估计摄像机位置，将RGB-D摄像机所获取的数据转化为点云，然后将得到的点云进行拼接，从而获得一个由离散的点构成的点云地图。

四、无人机农业教学平台构建的意义

(一)实现实践教学的可视化与交互性

基于VR操控的无人机飞行控制系统，操控者通过手势控制取代传统的无线电遥控器对无人机进行飞行控制。利用手势操控无人机飞行状态，能够实现操控者与无人机飞行状态相融合，给学生带来沉浸式、交互式的操作体验[9]，提升学生学习的乐趣，同时避免学生因操作不当引发的无人机飞行事故。此外，系统附属的视觉同步定位并建图的功能，使学生能够在利用无人机采集教学基地实验数据的同时，第一时间准确地感受到无人机侦察地点的实时信息，实现实践教学的实时可视化。

(二)多元学科融合，促进各学科建设

农学相关学科与计算机、遥感等学科融合，推动了农业现代化的不断发展。多数高校在农业学科中的教学团队以同类型专业人员为主，未能涉及多学科的交叉融合。以植物保护为例，教学团队多以植物保护及其相近专业的教师组建[ 10 ]，实践教学主要由植物保护传统实验构成，对无人机等新型植保设备的具体技术只了解基础的理论知识，未进行理论和实践的结合，未能满足社会发展的应用型人才建设。因此，构建跨学科的教学团队，能够扩大无人机系统应用领域，为农学的信息化、现代化建设提供技术手段。

(三)解决无人机设备在农业教学应用中存在的问题

本文提出的基于VR操控的微型无人机飞行控制系统及其附属的视觉定位及建图系统，能够很好地解决以上无人机设备在农业应用中存在的问题：(1)基于VR操控的微型无人机飞行控制系统提供了虚拟地图和虚拟无人机的三维模型，解决了无人机教学设备短缺的问题，提升学生对無人机设备的认识度。(2)培养学生制订飞行路线、完成飞行任务、采集农业信息、执行农业植保任务的能力。

(四)促进农业生产的发展

无人机在现代农业生产的应用领域较广，涉及作物信息(环境信息、长势信息、病虫害信息)监测[ 11 ]、药物喷洒、自动播种等方面[ 12 ]，推动了精细农业、信息化农业的发展。目前，我国无人机技术在农业领域的应用仍处于发展阶段，无人机植保、无人机农业信息监测技术人才短缺。高校开展无人机农业教学能够有效缓解这一问题，促进农业自动化、现代化、信息化的发展，提高农业生产效益。

五、结语

目前，农业领域的无人机及无人机数据处理仍处于发展阶段，无人机设备在农业应用领域仍存在较多的问题。随着无人机在农业生产中的普及，无人机农业应用型人才缺口也越来越大。因无人机教学设备限制，多数农林高校暂未开设相关专业，农学课程的无人机设备教学也以理论为主。本文提出的基于VR操控的微型无人机飞行控制系统及其附属的视觉定位及建图系统，能够很好地解决无人机教学设备短缺的问题。通过VR对无人机进行操控，实现了良好的交互性，提升学生操控过程的真实感与代入感，更好地掌握无人机的飞行原理;对无人机所处环境进行实时视觉定位并创建三维地图，为学生提供更加实时、直观、立体的农业信息，提升学生学习的兴趣。系统对促进高校无人机农业教学学科建设，培养无人机应用型人才、VR技术人才、农业信息化人才，具有积极意义。

参考文献

[1]曾百功，权龙哲.大学生科技创新人才培养模式研究——以农业机械化及其自动化专业为例[J].教育教学论坛，2020(35)：77-78.

[2]罗伟.基于无人机的创新能力培养课程体系建设的探索与研究[J].科技视界，2020(35)：102-103.

[3]林志玮，杨素慧，刘金福，等.高校VR/AR技术人才培养路径研究[J].教育教学论坛，2020(7)：388-390.

[4]王丹，彭静，王艳.以农业信息化为导向的高等农业院校计算机专业教学改革[J].教育教学论坛，2014(16)：47-48.

[5]兰昊，米珂，程帅，等.无人机用于输电线路巡检的作业流程及应用[J].能源研究与信息，2019，35(4)：241-246.

[6]兰玉彬，王林琳，张亚莉.农用无人机避障技术的应用现状及展望[J].农业工程学报，2018，34(9)：104-113.

[7]黄志宏，张波，兰玉彬，等.基于UAV-WSN的农田数据采集[J].华南农业大学学报，2016，37(1)：104-109.

[8]曹光乔，李亦白，南风，等.植保无人机飞控系统与航线规划研究进展分析[J].农业机械学报，2020，51(8)：1-16.

[9]徐恩华.人工智能技术下沉浸式教学模式在无人机教学中的应用探索[J].教育教学论坛，2020(23)：283-284.

[10]许骥坤.无人机植保跨专业教学团队平台的构建——以滨州学院为例[J].安徽农学通报，2020，26(16)：189-191.

[11]杨邦杰，裴志远.农作物长势的定义与遥感监测[J].农业工程学报，1999(3)：214-218.

[12]陳鹏飞.无人机在农业中的应用现状与展望[J].浙江大学学报(农业与生命科学版)，2018，44(4)：399-406.

Application of UAV System Based on VR Control in Agricultural Teaching

LIN Zhi-wei， HUANG Xiu-ping， HONG Yu

(School of Computer Science and Information， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， Chin)

Key words： VR technology; micro-UAV; agricultural teaching

作者：林志玮 黄秀萍 洪宇