基于WebGL 3D技術(shù)的可視化溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅懷榮+石軍鋒

摘要：針對(duì)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)交互方式不直觀、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式單一的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種3D可視化溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由ZigBee網(wǎng)絡(luò)、圖像采集設(shè)備、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)組成。首先，采用CC2530芯片節(jié)點(diǎn)組建ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)關(guān)通過(guò)串口與服務(wù)器通信；其次，結(jié)合SSH開(kāi)發(fā)框架設(shè)計(jì)Web服務(wù)器和Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)聽(tīng)和處理串口環(huán)境數(shù)據(jù)和USB圖像數(shù)據(jù)；最后，通過(guò)HTML5的WebGL 3D技術(shù)，加載3DS MAX模型，實(shí)現(xiàn)了3D模型下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集推送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)歷史分析、可視化數(shù)據(jù)顯示、視頻監(jiān)測(cè)等功能。測(cè)試表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，監(jiān)測(cè)方式更加立體直觀，可廣泛用于溫室環(huán)境系統(tǒng)以及其他環(huán)境系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：溫室；數(shù)據(jù)庫(kù)；WebGL；可視化；建模

中圖分類(lèi)號(hào)： S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）07-0189-04

近年來(lái)我國(guó)溫室栽培面積快速增長(zhǎng)，已成為全球溫室生產(chǎn)面積最大的國(guó)家，生產(chǎn)面積已超過(guò)200萬(wàn)hm2[1-2]。借助現(xiàn)代化智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)溫室的土壤、肥力、氣候等因素進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，能讓溫室生產(chǎn)管理事半功倍，生產(chǎn)效益最大化。目前國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上，已實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程Web在線監(jiān)測(cè)[3-5]、智能移動(dòng)終端監(jiān)測(cè)[6]。但還存在以下問(wèn)題：（1）用戶交互方式不立體直觀，用戶界面不友好。大多數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于二維平面、仿三維平面的交互方式，如天津視訊公司的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，MEMSIC公司的eKo Pro專業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在節(jié)點(diǎn)可視化顯示上采用了以地理空間圖片為背景進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位的方法，雖然有3D空間的視感，但是不能真正進(jìn)行3D操作；（2）數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式單一，不易感知數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較龐大，簡(jiǎn)單的表格顯示數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生過(guò)長(zhǎng)的列表，不易于用戶提取有用信息。本研究提出了一種基于WebGL 3D技術(shù)的可視化溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成了服務(wù)器和相關(guān)功能設(shè)計(jì)，以期為推動(dòng)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展提供依據(jù)。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為3個(gè)部分：ZigBee網(wǎng)絡(luò)和攝像頭、服務(wù)器以及瀏覽器客戶端。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由ZigBee傳感器子節(jié)點(diǎn)和ZigBee網(wǎng)關(guān)組成，負(fù)責(zé)溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集，攝像頭負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通過(guò)基于CC2530為核心的ZigBee協(xié)議進(jìn)行通信。各節(jié)點(diǎn)的傳感器包括SHT11溫濕度傳感器、TSL2561光敏傳感器、MG811二氧化碳傳感器等。服務(wù)器是基于SSH框架開(kāi)發(fā)的Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，它們之間通過(guò)JDBC驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和處理。Web服務(wù)器采用 Tomcat 管理系統(tǒng)的Web項(xiàng)目資源，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠快速處理JSP動(dòng)態(tài)請(qǐng)求。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用Mysql關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，它是一款面向中小型應(yīng)用開(kāi)發(fā)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間采用串口通信，以RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)建立有線鏈接，以字節(jié)流的方式交換數(shù)據(jù)。服務(wù)器和攝像頭通過(guò)USB連接，通過(guò)調(diào)用JavaCV視覺(jué)庫(kù)函數(shù)獲取攝像頭的圖像幀，服務(wù)器把圖像幀數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Base64格式編碼，通過(guò)WebSocket實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。客戶端和服務(wù)器主要通過(guò)Http協(xié)議和WebSocket協(xié)議進(jìn)行通信[7]。Http協(xié)議用于實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸，而實(shí)時(shí)性要求較高的視頻圖像數(shù)據(jù)需要WebSocket協(xié)議傳輸，2種通信方式的結(jié)合保證了系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2服務(wù)器框架設(shè)計(jì)

服務(wù)器包括Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)，Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中的所有功能需求，并對(duì)外提供Web訪問(wèn)服務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)則是數(shù)據(jù)存取中心。服務(wù)器框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

SSH框架設(shè)計(jì)的服務(wù)器分成3層：數(shù)據(jù)顯示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。數(shù)據(jù)顯示層作為系統(tǒng)對(duì)外訪問(wèn)接口，瀏覽器可以訪問(wèn)相應(yīng)的html、jsp頁(yè)面資源，通過(guò)Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面數(shù)據(jù)交互，減少了響應(yīng)等待時(shí)間和重復(fù)加載資源花費(fèi)的時(shí)間。業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心，用戶通過(guò)與html5頁(yè)面交互，觸發(fā)相應(yīng)的請(qǐng)求，調(diào)用對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，處理完成的業(yè)務(wù)邏輯則把數(shù)據(jù)以json的形式返回給用戶頁(yè)面。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層是業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫(kù)的中間層，進(jìn)行數(shù)據(jù)包的封裝和數(shù)據(jù)操作的封裝，避免業(yè)務(wù)邏輯對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的直接操作。3層服務(wù)器之間通過(guò)Spring+Struts+Hibernate來(lái)管理互相的調(diào)用關(guān)系，減少各層之間的耦合度，增強(qiáng)各層代碼獨(dú)立性，從而提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、可移植性。

1.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為主的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一個(gè)重要部分，本設(shè)計(jì)選用的是Mysql關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)JDBC建立連接，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)增加、刪除、修改、查詢等操作。數(shù)據(jù)庫(kù)包括五張表：用戶表、拓?fù)浔?、?shù)據(jù)表、溫室設(shè)備信息表、系統(tǒng)設(shè)置表。用戶表字段包括用戶名、密碼、注冊(cè)時(shí)間；拓?fù)浔碜侄伟ㄐ蛱?hào)、節(jié)點(diǎn)地址、父節(jié)點(diǎn)地址、通信質(zhì)量、獲取時(shí)間；數(shù)據(jù)表字段包括序號(hào)、子節(jié)點(diǎn)號(hào)、子節(jié)點(diǎn)地址、溫度、濕度、光強(qiáng)、節(jié)點(diǎn)電壓、采集時(shí)間；溫室設(shè)備信息表字段包括序號(hào)、設(shè)備名、硬件地址、x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、z坐標(biāo)、設(shè)置時(shí)間；系統(tǒng)設(shè)置表字段包括序號(hào)、用戶名、串口號(hào)、波特率、設(shè)置時(shí)間。

1.4數(shù)據(jù)可視化方法

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、人機(jī)交互等技術(shù)，將采集或模擬的數(shù)據(jù)變換為可識(shí)別的圖形符號(hào)、圖像或動(dòng)畫(huà)，并以此呈現(xiàn)對(duì)用戶有價(jià)值的信息[8-9]。本研究中數(shù)據(jù)可視化流程包括數(shù)據(jù)采集與處理、3D模型渲染、用戶交互等3個(gè)部分。通過(guò)節(jié)點(diǎn)采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，服務(wù)器解析數(shù)據(jù)幀封裝成數(shù)據(jù)表對(duì)象，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)Base64編碼保存為JPG格式圖片和MP4格式視頻；采用WebGL 3D技術(shù)渲染基于3ds Max設(shè)計(jì)的溫室3D模型；通過(guò)鼠標(biāo)事件進(jìn)行用戶與3D模型的交互。在歷史數(shù)據(jù)中，結(jié)合圖表、表格的數(shù)據(jù)顯示方式，采用百度Echarts框架繪制折線圖、柱狀圖等多種圖表，按條件刪選數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)表格分頁(yè)的形式顯示數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)更加直觀和簡(jiǎn)潔。

2數(shù)據(jù)采集與處理

2.1數(shù)據(jù)幀格式

數(shù)據(jù)幀是服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)按一定格式交互的數(shù)據(jù)包，攜載著節(jié)點(diǎn)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀總共包括32字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀格式及具體的字節(jié)分配如圖3所示。

幀頭“&”、幀尾“*”分別表示數(shù)據(jù)包的開(kāi)始和結(jié)束。命令頭有6種，分別是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌≧ND）、全部節(jié)點(diǎn)采集（ASA）、全部節(jié)點(diǎn)停止（AST）、通信質(zhì)量（RNS）、單節(jié)點(diǎn)采集（RSA）、單節(jié)點(diǎn)停止（TSA）。前3種命令屬于廣播命令，不需要指定節(jié)點(diǎn)地址，后3種命令屬于點(diǎn)播命令，需要指定節(jié)點(diǎn)地址。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都分配了不同的IEEE地址，通過(guò)IEEE地址識(shí)別不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。載荷中存放著節(jié)點(diǎn)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)（空氣和土壤的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、節(jié)點(diǎn)工作電壓），每項(xiàng)數(shù)據(jù)都通過(guò)補(bǔ)碼的方式進(jìn)行傳輸，保證在1幀中可以傳遞盡可能多的信息。

2.2數(shù)據(jù)采集與處理

系統(tǒng)涉及2種數(shù)據(jù)類(lèi)型：環(huán)境數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)是環(huán)境數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)串口與服務(wù)器通信。服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)建立Port thread、WebSocket服務(wù)。Port thread用于監(jiān)聽(tīng)串口的環(huán)境數(shù)據(jù)，接收到環(huán)境數(shù)據(jù)就按照數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行解析，封裝成數(shù)據(jù)表對(duì)象，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。攝像頭是圖像數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)USB與服務(wù)器通信。WebSocket監(jiān)聽(tīng)客戶端Socket實(shí)例化所有攝像頭，服務(wù)器根據(jù)攝像頭地址對(duì)攝像頭進(jìn)行操作，接收到開(kāi)啟命令開(kāi)始捕獲圖像，每幀圖像采用Base64格式的字節(jié)編碼，以字節(jié)流的方式發(fā)送給javascript，解析成圖片顯示，圖像、視頻以文件形式保存在服務(wù)器上。

33D溫室模型設(shè)計(jì)方案

3D溫室模型是虛擬現(xiàn)實(shí)中的溫室場(chǎng)景，包括溫室、風(fēng)機(jī)、濕簾、攝像頭、網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)等模型。在溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用3D技術(shù)可以非常直觀和真實(shí)地體驗(yàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程，直觀的3D節(jié)點(diǎn)拓?fù)淠Ｐ涂梢苑奖愕剡M(jìn)行節(jié)點(diǎn)診斷和預(yù)警。目前網(wǎng)絡(luò)三維（Web3D）技術(shù)主要解決方案有Java3D、VRML、Viewpoint、Cult3D、Shockwave3D、Unity3D、Virtools等。WebGL是一種新的Web3D技術(shù)[10]，WebGL基于javascript實(shí)現(xiàn)三維模型和動(dòng)畫(huà)制作，不需要安裝其他插件。WebGL是開(kāi)源、免費(fèi)的，受到了許多第三方開(kāi)源庫(kù)的青睞，如Three.js、LightGL等。WebGL 利用底層的圖形硬件加速功能進(jìn)行圖形渲染，借助系統(tǒng)顯卡流暢地渲染三維場(chǎng)景和模型，同時(shí)還能創(chuàng)建復(fù)雜的導(dǎo)航和數(shù)據(jù)可視化。本研究選用WebGL技術(shù)來(lái)渲染溫室3D模型，借助第三方庫(kù)Three.js對(duì)底層函數(shù)封裝，靈活地進(jìn)行溫室模型設(shè)計(jì)。

3.1模型設(shè)計(jì)與渲染

WebGL不僅可以自主繪制3D圖形，還支持多種格式的3D模型導(dǎo)入，支持的3D模型格式有FBX、OBJ、VTK、STL、WRL等。由于WebGL本身沒(méi)有輔助設(shè)計(jì)3D模型的工具和函數(shù)，繪制溫室等復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)顯得較笨拙，且對(duì)程序設(shè)計(jì)人員的技術(shù)要求較高。本研究選用導(dǎo)入完整3D模型的方案，進(jìn)行溫室模型設(shè)計(jì)，既可以渲染出逼真的溫室場(chǎng)景，還增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)各種3D場(chǎng)景模型的移植性和兼容性。3ds Max是 Autodesk 公司專業(yè)設(shè)計(jì)3D模型和動(dòng)畫(huà)的軟件，支持多種3D模型格式的導(dǎo)出，其中OBJ格式支持導(dǎo)入相關(guān)材質(zhì)和貼圖，是非運(yùn)動(dòng)單個(gè)模型很好的選擇。整個(gè)溫室模型分為2部分，即溫室環(huán)境模型和可操作設(shè)備模型（網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)、攝像頭）。導(dǎo)出OBJ格式生成2個(gè)文件：.obj文件包含構(gòu)成模型的三維點(diǎn)坐標(biāo)，.mtl文件包含模型的材質(zhì)和貼圖信息。Three.js分別提供了2種文件的加載器OBJLoader.js、MTLLoader.js。

Three.js渲染3D模型的流程如圖4所示。首先，初始化透視相機(jī)（Perspective Camera）、渲染器（WebGL Renderer）、用戶交互對(duì)象（Raycaster）、場(chǎng)景（Scene）。相機(jī)虛擬人眼功能，增加控制器后可通過(guò)鼠標(biāo)任意旋轉(zhuǎn)、縮放、拖動(dòng)，來(lái)改變視角控制渲染效果。用戶交互對(duì)象不參與渲染，是模型與用戶交互的載體。渲染器裝載所有被渲染的對(duì)象和組件，并與 HTML5 結(jié)合起來(lái)。場(chǎng)景類(lèi)似于畫(huà)布，把畫(huà)布上的東西呈現(xiàn)出來(lái)。然后，加載3D模型，MTLLoader加載模型的材質(zhì)和貼圖，OBJLoader加載模型對(duì)象，并分解出該對(duì)象的所有子對(duì)象，如果子對(duì)象屬于Mesh對(duì)象，就設(shè)置子對(duì)象的三維坐標(biāo)，并加入用戶交互對(duì)象集合和渲染器，如果不是Mesh對(duì)象就直接加入渲染器。最后，把透視相機(jī)、渲染器和用戶交互對(duì)象放入場(chǎng)景，渲染出3D模型。

3.2節(jié)點(diǎn)拓?fù)渌惴?/p>

溫室環(huán)境模型和攝像頭模型沒(méi)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直接獲取服務(wù)器設(shè)定的三維坐標(biāo)即可完成模型渲染，而網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)模型具有一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，需要計(jì)算拓?fù)洳拍茕秩?。常?jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、樹(shù)形、環(huán)形、網(wǎng)狀性、總線型，根據(jù)網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)就近通信的特點(diǎn)，容易形成星形、樹(shù)形，本研究采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拓?fù)?。?shù)形拓?fù)涫菑纳贤聦訉诱归_(kāi)，其結(jié)構(gòu)和遞歸函數(shù)原理非常相似，本研究以網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為遞歸函數(shù)入口，依次獲取所有節(jié)點(diǎn)，得到節(jié)點(diǎn)拓?fù)洌秩竟?jié)點(diǎn)模型。算法流程如圖5所示。topology（）函數(shù)給服務(wù)器發(fā)送拓?fù)湔?qǐng)求，服務(wù)器給網(wǎng)關(guān)發(fā)送拓?fù)涿?，獲取在線節(jié)點(diǎn)拓?fù)湫畔ⅲü?jié)點(diǎn)地址、父節(jié)點(diǎn)地址、通信質(zhì)量），topology（）函數(shù)得到服務(wù)器返回的拓?fù)鋔son數(shù)據(jù)，從根節(jié)點(diǎn)中取出網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，loadgateway（）函數(shù)渲染網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)模型。drawpoint（）函數(shù)根據(jù)父節(jié)點(diǎn)，得到所有子節(jié)點(diǎn)進(jìn)入for循環(huán)，loadpoint（）函數(shù)渲染節(jié)點(diǎn)模型，drawline（）函數(shù)根據(jù)子節(jié)點(diǎn)的通信質(zhì)量，以不同顏色線條連接父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)。然后進(jìn)行遞歸判斷，如果該子節(jié)點(diǎn)有下一級(jí)子節(jié)點(diǎn)，就進(jìn)入drawpoint（）函數(shù)，如果沒(méi)有就進(jìn)入下一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，直至遍歷出所有子節(jié)點(diǎn)，按節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)渲染全部節(jié)點(diǎn)模型。

3.3用戶交互策略

由于3D模型是在Canvas元素里渲染的，用戶不能直接與3D模型進(jìn)行交互，需要借助Raycaster對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互。用戶通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊模型，Raycaster對(duì)象判斷該模型是否存在集合中，如果存在，觸發(fā)交互事件，反之不觸發(fā)。本研究采用彈出菜單的方式實(shí)現(xiàn)交互，用戶鼠標(biāo)點(diǎn)擊模型，彈出對(duì)應(yīng)的fieldset標(biāo)簽菜單。通過(guò)菜單選項(xiàng)給節(jié)點(diǎn)、攝像頭發(fā)送命令，查看相關(guān)數(shù)據(jù)。所查看的環(huán)境、圖像數(shù)據(jù)放到不同fieldset標(biāo)簽中，通過(guò)設(shè)置標(biāo)簽位置和隱藏屬性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)切換。通過(guò)Trackball Controls控制鼠標(biāo)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、移動(dòng)3D模型，改變相機(jī)視角，實(shí)現(xiàn)全方位360°與3D模型交互。

4系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試是軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中十分重要的環(huán)節(jié)，可以檢驗(yàn)出系統(tǒng)在功能、性能上的問(wèn)題。本系統(tǒng)是基于JDK+Myeclipse+Mysql開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)的基于WebGL 3D技術(shù)的可視化溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在Windows10操作平臺(tái)下，運(yùn)行Tomcat8.0管理Web服務(wù)器，可在局域網(wǎng)內(nèi)通過(guò)支持WebGL技術(shù)的瀏覽器（Google Chrome 9+、Mozilla Firefox 4+、Safari 5.1+、Opera 12+、IE9+）下進(jìn)行系統(tǒng)訪問(wèn)。并使用花生殼代理軟件，映射外網(wǎng)域名，測(cè)試系統(tǒng)在外網(wǎng)環(huán)境下的訪問(wèn)。

4.1拓?fù)淠Ｐ蛯?duì)比

為了進(jìn)一步說(shuō)明本研究設(shè)計(jì)的3D模型的可操作性和立體直觀性，圖6分別對(duì)比了采用一維表格、二維圖形設(shè)計(jì)的拓?fù)淠Ｐ汀D6-a是采用一維表格的方式，只能顯示節(jié)點(diǎn)基本信息。圖6-b是采用二維圖形的方式，在顯示基本信息的同時(shí)，可以反映節(jié)點(diǎn)之間的物理通信關(guān)系。圖6-c是本研究設(shè)計(jì)的采用3D模型的方式，不僅能夠反映節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息，還可以反映節(jié)點(diǎn)的物理通信關(guān)系和空間分布信息，更加方便、快速、準(zhǔn)確、直觀地監(jiān)測(cè)溫室數(shù)據(jù)。

4.2數(shù)據(jù)可視化測(cè)試

用戶可以直接和3D模型進(jìn)行交互，通過(guò)點(diǎn)擊不同顏色模型獲取選項(xiàng)菜單，進(jìn)行用戶交互。與攝像頭模型交互可以觀看溫室監(jiān)測(cè)圖像，在歷史數(shù)據(jù)中，按采集數(shù)據(jù)時(shí)間、節(jié)點(diǎn)號(hào)篩選數(shù)據(jù)，并通過(guò)圖表和分頁(yè)表格的形式展示數(shù)據(jù)，以簡(jiǎn)潔清晰的方式讓用戶快速了解歷史數(shù)據(jù)，掌握有用信息。可視化數(shù)據(jù)效果如圖7所示。

5結(jié)論

本研究以溫室監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主題，針對(duì)目前溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用戶交互不立體直觀，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式單一等問(wèn)題，提出了一種基于3D技術(shù)的可視化溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并完成了Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和部署。測(cè)試表明，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了溫室監(jiān)測(cè)的立體化、一體化、可視化，改善了傳統(tǒng)交互方式，用更高效的監(jiān)測(cè)手段提升溫室生產(chǎn)效率，具有很好的應(yīng)用前景。結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、3D技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的發(fā)展情況以及本研究進(jìn)展，可從以下方面對(duì)相關(guān)研究繼續(xù)深入開(kāi)展：（1）對(duì)本研究監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，整理成專家系統(tǒng)，給溫室監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠的大數(shù)據(jù)支持；（2）3D技術(shù)正在快速發(fā)展，未來(lái)形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，完全渲染3ds Max模型的材質(zhì)和貼圖，達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)水平。

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