一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法

1.本发明涉及元宇宙领域，具体为一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法。


背景技术：

2.元宇宙能够建立一个与现实世界平行的虚拟世界，并在元宇宙内提供虚拟仿真智能与使用者互动，使用者也可以作为数字虚拟人在元宇宙里互相交流、进行商业活动以及科学实验等行为。
3.传粉行为在种子植物的系统演化上具有重要研究价值，植物与传粉者之间互惠互利的相互作用构成了复杂多样的传粉生态，因此对传粉者传粉的行为进行研究对于农业发展具有重要的意义，借助元宇宙的虚拟环境，同时利用虚拟现实的vr技术，在元宇宙内部建立数字孪生的传粉者和植物环境，可以高效的提供有效的昆虫传粉行为数据，但是现有技术中缺少相应的元宇宙中传粉者对植物进行传粉的虚拟方法，且构建的虚拟环境也不足以提供可靠的传粉行为数据。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明能够对现实世界中的传粉者以及植物在元宇宙中搭建数字孪生环境，并通过有效的交互控制方法提供可靠的传粉行为数据，对传粉行为研究提供了高效的实验方向。
5.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，包括构建传粉者行动交互模拟系统、事件的激活与响应、传粉行为交互模拟等方案。所述构建传粉者行动交互模拟系统过程中，先设定控制交互的四个主要方向键，完成操控方案的设定，然后对传粉环境查看器进行创建，在传粉环境查看器中创建虚拟摄像机，在观察状态下完成对传粉者的多种状态进行模拟处理；所述事件的激活与响应中提供了多种事件的检测方法，包括空间集合检测、距离检测、完成度检测；在特殊步骤方案中包括狭窄密闭环境下的视觉优化方案、传粉者精准吸食花蜜方案和多速率姿态展示的设计过程。
6.进一步的，所述操控方案将这些相同或相似的操作意向进行归纳整理，形成一套贯穿始终的交互方法。
7.进一步的，所述虚拟摄像机以传粉者对象的中心为观察点中心，将虚拟摄像机创建在传粉者对象的后方，并将将传粉者头部的朝向定义为向前方向，所述摄像机与传粉者的相对角度为定值，摄像机的空间位置信息隶属于传粉者本地坐标，在移动或旋转角度时，继承传粉者的三维空间信息。
8.进一步的，所述模拟处理包括对传粉者着陆于不规则曲面上的运动状态模拟，设定控制交互的四个主要方向键，实现对观察点中心位置持续朝向前移、后移、左旋和右旋方
向上的控制。
9.进一步的，关于向两侧转动角度，使用rotation函数赋予角速度，在既定时间内达到预定的角度数，且转动的角度和虚拟镜头向前方向的夹角最大值约束为45度内。使用者也可控制传粉者进行上下移动，该过程使用transform函数，定义垂直向上以及垂直向下产生位移的按键，且该方向基于三维环境中的垂直方向。
10.进一步的，传粉者所处曲面的拾取过程中，设定一个合适的距离，当传粉者质心与顶点位置处于相近距离时，启用欧拉角的计算，连续计算相邻的所有范围内的顶点构建的三角面朝向角度，当传粉者满足近距离处于表面附近时，使传粉者腹部朝向对齐此欧拉角，形成附着表面的角度姿态。因三维环境中的可见体多为三角面构成的多边形对象，当传粉者在外表面移动时，会在多个角度值之间垮跃，两个最临近面的欧拉角作为基础值，以传粉者当前坐标与两个欧拉角之间的距离进行权重换算。使用算法较快的liner函数在两个值之间优化迭代并取值，使用该值替代原朝向信息。
11.进一步的，所述模拟处理包括加速运动模拟，该过程中通过添加用户可控的移动速度系数，在不同状态下修改系数得到速度的变化；所述模拟处理包括着陆模拟：以每帧实时读取，判断传粉者与目标区域的相对距离，当距离小于一定值时即触发传粉者的着陆行为状态或姿态；所述模拟处理还包括传粉者植物表面爬行模拟以及传粉者的位移模拟。
12.进一步的，所述模拟处理还包括传粉者姿态。为传粉者处于飞行状态时定义两种逻辑状态，悬停和行进中以及四种进行行为：正常速前进、加速前进、左右转向、垂直方向高度改变。为传粉者处于曲面表面时定义两种逻辑状态，等待、爬行以及四种行为动态：闲置、扇动翅膀、左侧偏转、右侧偏转，当没有输入指令时，启用闲置状态；在整个爬行模拟时，采用随机数触发扇动翅膀的小动作，模拟随机行为小动作。
13.进一步的，在视觉优化方案使用模型的纹理层，动态的修改rgba值来完成，筛选背对摄像机的面，并读取其uv坐标信息，将对应区域填充为黑色，其他区域填充为白色，将得到的黑白图改写给纹理的alpha层，遵循alpha通道与rgb相乘最终输出，则黑色为不显示，白色为全部正常显示，因此获得阻挡视野的单面透明，该过程中先从数据库载入纹理，根据uv坐标信息构建顶点坐标，设置顶点颜色并进行渲染，若存在其他多边形需要进行渲染时先把各stage的混合器的各通道关闭。
14.进一步的，在多速率姿态展示中，先定义以取得的传闻者吸食花蜜的动作文件，在动作轨迹上启用速度函数，将当前实时采用的速度，乘以一个倍数系数，并根据用户选择对倍数进行输入和设定。
15.本发明的有益效果：
16.1.该应用于元宇宙的传粉者植物传粉虚拟方法在元宇宙中搭建数字孪生环境，并通过有效的交互控制方法提供可靠的传粉行为数据，对传粉行为研究提供了高效的实验方向，有利于了解植物传粉策略、物种进化的动力。
17.2.该应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法形成了一套贯穿始终的交互方法，在植物建模完成后，将植物模型中的顶点，作为局部坐标系的基础坐标，任意植物模型种的多个顶点的坐标，都是相对于植物模型本身的坐标而言的，通过该坐标计算方案能够在各个姿态转变时自由调配并贯穿始终，利于三维环境中为用户提供视野的跟随摄像机调整角度，便于用户观察，通过设计避免用户不同阶段操作混乱的情况，缩短了练习
周期，使最终的传粉数据更加精准可靠。
18.3.该应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法能够为控制人员呈现整体客观的视角以操控、观察、分析传粉过程，建立稳定的方向判定基础，避免使用者在越轴180
°
时操控迷失，降低了控制的难度。
附图说明
19.图1为本发明传粉者的控制交互图；
20.图2为本发明虚拟摄像机和传粉者之间的关系图；
21.图3为本发明控制传粉者向左侧转动原理图；
22.图4为本发明传粉者进行垂直方向移动图；
23.图5为本发明中传粉者的位移图；
24.图6为本发明中相邻的所有范围内的顶点构建的三角面朝向角度图；
25.图7为本发明插值方向图；
26.图8为本发明空间集合判定原理图；
27.图9为本发明距离检测原理图；
28.图10为本发明传粉者在兰花唇瓣内部的运动以及位置关系图；
29.图11为本发明传粉者在兰花唇瓣内部行动与虚拟摄像机之间的关系图；
30.图12为本发明花距入口与目标参考系的搭建图。
具体实施方式
31.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
32.请参阅图1至图12，本发明提供一种技术方案：一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，包括构建传粉者行动交互模拟系统、事件的激活与响应、传粉行为交互模拟等方案，所述构建传粉者行动交互模拟系统过程中，先设定控制交互的四个主要方向键，完成操控方案的设定，然后对传粉环境查看器进行创建，在传粉环境查看器中创建虚拟摄像机，在观察状态下完成对传粉者的多种状态进行模拟处理；所述事件的激活与响应中提供了多种事件的检测方法，包括空间集合检测、距离检测、完成度检测；在特殊步骤方案中包括狭窄密闭环境下的视觉优化方案、传粉者精准吸食花蜜方案和多速率姿态展示的设计过程。
33.本实施例搭建一种传粉者行动交互模拟系统：
34.其中，分析传粉者的传粉路线可以概括为飞行状态，停落的爬行，进入花朵内部等行动类型。以通用键盘为基础输入硬件，也可应用于虚拟现实设备手柄作为输入设备，为便于描述，本实施例中以键盘输入进行阐述。使用户在使用时具有操作连贯性，将键盘操作提供相同或相似的按键功能。以控制交互的四方向键w键、a键、s键、d键为例，整个行为模拟过程中定义具有相同或相似的操作指令。例如在飞行状态下，在空中传粉者以a键、d键调整向左和向右旋转朝向的角度，在攀附于植物表面时(不规则曲面)a键、d键用于调整爬行时旋转的左右角度朝向，在吸食花蜜时，a键、d键也用于调整传粉者的左右位置。
35.将这些相同或相似的操作意向进行归纳整理，形成一套贯穿始终的交互方法。能
够在各个姿态转变时自由调配并贯穿始终，通过设计避免用户不同阶段操作混乱的情况。
36.本实施例包括传对粉环境查看器的创建：
37.该过程中以传粉者对象的中心为观察点中心，创建虚拟摄像机，用于观察实验过程。将传粉者头部的朝向定义为向前方向，在其后方创建一个虚拟目标摄像机，目标摄像机的目标方向指向观察点中心，在传粉者后方始终跟随传粉者对象。使摄像机的目标朝向方向始终指向对象的在世界坐标的位置，使摄像机与传粉者的相对角度为定值，摄像机的空间位置信息隶属于传粉者本地坐标，在移动或旋转角度时，继承传粉者的空间信息。
38.本实施例包括对传粉者的模拟：
39.在三维虚拟环境下，传粉者定义为可交互、有动态的逻辑对象，逻辑上是整合操控方案、行为逻辑方案、空间三维坐标信息、响应与执行方案的集合，在整个传粉过程中，传粉者又呈现不同的状态，可分为飞行(含悬停)、爬行、采蜜等状态。
40.本实施例，操控方案：
41.定义pc键盘上的w键、a键、s键、d键。
42.定义w键按下时，观察点中心位置持续向前移动。
43.定义s键按下时，观察点中心位置持续向后移动。
44.飞行状态下持续移动时，在三维引擎每一次逻辑更新时定义他与上一次逻辑点产生的位移偏差为一个定值。这个值可以根据传粉者实际飞行速度调整，项目工程定义系统为每秒逻辑更新30次，则此向前速率设置为传粉者1/30秒的移动速度。每当一次逻辑判定更新且输入状态为在持续输入时，传粉者则被用户的指令驱动向对应方向移动，产生飞行的行动。
45.传粉者飞行模拟需考虑飞行产生的位移距离，飞行朝向的角度和不同状态下的飞行姿态等方面，在传粉者上设立前后左右上下三个方向的行动位移能力，使用transforms函数，能够在每一帧运行时对当前信息进行更新。为传粉者定义不同的三维模型动态模拟动画，提供向前、左侧、右侧、向后悬停等姿态的变化调整。在这些状态下，传粉者身体的倾斜方向，六足的姿态保持身体飞行的平衡。翅膀扇动的夹角及翅膀颤动的幅度都有对应变化。
46.和飞行时前后方向移动不同的是，飞行时左右转向方向不再采用独立的前后位移，而是向左前方或右前方位移。定义当按下a键，传粉者模拟出向左侧转动角度。同时增加斜方向的速度，减少正前方向的速度。增加斜方向的速度，减少正前方向的速度：透过两个速度的向量之和，得到在斜方向的速度。可添加系数，定义斜左方向产生的位移速度是正前方的40％，正向前的位移速度降低为75％，此时得到的斜左方向的速度与原来按w键正前方向的速度相同，或略低于向正前方行动的速度，使传粉者始终拥有相对平均的飞行速度。
47.本实施例关于向左右两侧转动角度：使用rotation函数，在既定时间内达到预定的角度数，鉴于操作的模拟效果，左转的角度和镜头向前方向的夹角最大值约束为45度。超过45度时，摄像机会进一步跟随当前向前方向。直至调整后的方向与摄像机方向相同，即夹角为0度。
48.本实施例可以促成传粉者飞行时头部向前方向始终处于摄像机视野运动方向的前方向的90度区间内，符合传粉者实际飞行的模拟，也利于三维环境中为用户提供视野的跟随摄像机调整角度，便于用户观察。完成以上逻辑架设后，定义长按a键获得左前方的行
动速度，传粉者持续向左侧位移，定义长按d键获得右前方的行动速度，传粉者持续向右侧位移。此时传粉者仍不能遍历虚拟空间中所有位置，因为当前的可行动路径是基于垂直交叉线和45度交叉线的网状结构，鉴于传粉者自然形态下自由转向高低飞行的动态，定义上下移动的按键和鼠标右键拖拽调整前方向角度。
49.本实施例中，飞行时上下移动使用transform函数，可定义空格键space键基于三维环境中的垂直方向向上产生位移，定义c键垂直向下产生位移。
50.加速运动模拟：实际自然界中，传粉者在飞行时会变速变向飞行，突然以更快的速度飞行或空中悬停，我们通过添加移动速度的系数，在不同状态下修改系数得到速度的变化。定义为shift键按下时，系数扩大为当前的7至10倍，根据飞行姿态的不同采用不同的数值。当传粉者是向正前方飞行时，系数倍数设为10倍。当传粉者是向侧前方飞行时，系数倍数设为7倍。倍数系数可根据研究所得实际情况，选用更科学的系数值。
51.悬停：当按住鼠标右键时，定义传粉者移动速度为0.1至0，此时不产生位移。
52.着陆模拟：着陆是传粉者在自然界经常出现的状态，大多数传粉者落在植物上时不出现滑落，且行为不涉及花粉传递的知识内容。拟采用激发式模拟：始终判断传粉者与花的相对距离，当距离小于一定值时即触发传粉者的着陆动作。同时为后续的逻辑替换做准备，更换场景中相关资源信息配备传粉者对应交互逻辑，将飞行姿态下的传粉者交互控制模块替换为附着在物体表面的爬行操作。
53.本实施例中，传粉者着陆后植物表面不规则曲面爬行模拟：传粉者着陆后进而附着在植物表面，传分者的操作涉及以下多处关键技术解决方案：
54.1.传粉者的位移；
55.2.传粉者姿态；
56.3.传粉者所处曲面的拾取；
57.4.传粉者局部坐标系的设定。
58.传粉者着陆于不规则曲面的位移：设计输入键和行为动态的控制：先假拟传粉者处于无限平面上行走，遵循交互案件的连贯性，w键、a键、s键、d键仍用于控制传粉者的行动方向，w键、s键控制前与后，a键、d键控制左与右。
59.本实施例中，与飞行不同的是，爬行行走的角度朝向上引入转向角速度，操控坐标系读取传粉者本身的局部坐标系，即传粉者左侧始终是输入指令时判定的左侧，传粉者右侧始终是判定输入的右侧，当传粉者朝向与摄像机朝向或世界坐标系朝向相悖时，仍沿用传粉者本身局部坐标系朝向判定左右。这样设计是为为用户呈现整体客观的观察传粉过程的视角，建立稳定的方向判定基础，避免用户在越轴180
°
时操控迷失。
60.传粉者姿态：定义两种逻辑状态，闲置、爬行，定义四种行为动态：闲置(含小动作)、扇动翅膀(非起飞)、左侧偏转(爬行时)、右侧偏转(爬行时)。当用户通过w键、a键、s键、d键操控则启用爬行状态，根据切换a、d按键判定是否加入左侧偏转或右侧偏转。当没有输入指令时，启用闲置状态。在整个爬行模拟时，采用随机数设置扇动翅膀的小动作，模拟时不时的小动作。在行动时，输入a键则向传粉者左侧增加角度，输入d键则向右侧增加角度摄像机始终保持观察植物整体的角度，不跟随传粉者旋转朝向而变动视角。
61.传粉者所处曲面的拾取：传粉者需在不规则的外表面依附，则需其下方腹部朝向与植物花的外表面朝向方向相对。透过多边形的三角面获得顶点法线朝向，将各顶点朝向
的射线值转换为欧拉角度，并将多个顶点朝向的均值作为最终一面的朝向角度。
62.设定一个合适的距离，当传粉者质心与顶点位置处于相近距离时，启动欧拉角的计算，连续计算相邻的所有范围内的顶点构建的三角面朝向角度。如下图6，当传粉者处于黑色点所在的三角面时，读取三角面中顶点的朝向，并抓换成欧拉角相加得到的值作为面方向，即图中黑色点代表的方向。黑色点坐标位置为三顶点位置之平均值。
63.当传粉者满足近距离处于表面附近时，使传粉者腹部朝向对齐此欧拉角，形成附着表面的角度姿态。因三维环境中的可见体多为三角面构成的多边形对象，当传粉者行动时会在多个三角面之间跨越，每次更迭会出现更替角度，因此传粉者在多个面之间行走切换时会硬直抖动。为了控制不真实的抖动，在两次角度转换时实用linear线性函数进行连续，或贝塞尔曲线连续。通过坐标距离判断角度在差值位置的权重，并混合最终值得到欧拉角度。
64.在两个或更多的已确定的欧拉角值中算出差值，补充到这几个欧拉角所处坐标位置上，当传粉者处于哪个位置时，即可读取哪个位置的角度朝向。利用项目系统的刷新时间，每次刷新时透过传粉者位置，对齐对应的角度。因迭代间隔时间短，频率高，分布于整个曲面行动模拟操作的所有时间内，因此可以采用以下方案优化迭代的数据：
65.1.使用算法更快的liner函数在两个值之间差值，降低采样点分布密度，使单位时间内移动时获得更少的角度修正。行动模拟时会有可接受的硬抖动感，但有较好的性能消耗。
66.2.使用预制的替代信息替原代表面信息，降低消耗，但需额外整理提供三维模型资源提取角度信息。部分位置可能会失真。当传粉者处于三个或三个以上的三角面时，情况更加复杂，运算消耗稍大，但逻辑方法相同，依然通过坐标的距离换算权重，并混合最终值得到欧拉角度。
67.本实施例，当传粉者与所处局部角度对齐后，仍需调整传粉者与曲面的距离高度，使脚恰好的立于表面，而躯干稍稍离开表面，姿态自然。描述曲面与欧拉角射线的交点为端点，通过设立偏移量，调整质心与端点的距离，即可约定传粉者相对曲面的高度。
68.传粉者局部坐标系的设定：坐标系的选择确立了朝向参照系。虚拟交互中常见的坐标系选择分为三种：世界坐标系，摄像机坐标系和主对象坐标系。这里采用主对象坐标系，输入指令的左侧始终定义为对象的左侧。因传粉者在不规则曲面植物上行动时，正前方可能会与摄像机的前方相悖，也就是传粉者的头方向朝向摄像机。这样传粉者的左侧就成了摄像机画面的右侧。
69.在传粉模拟虚拟实训的实际需求中，常常需要传粉者自由的攀附在植物上。若以摄像机坐标系或世界坐标系为准，当传粉者越过角度轴线后，左右前后互反，需要进行操作反转的判定，系统在下次输入时反向，用户也需要调整思绪，频繁变更操作，给输入带来难度。而采用主对象坐标系，虽会在背面角度时同样出现左右反转的情况，但左右方向和前后方向都思路仍然清晰，比采用其他坐标系更利于操作。
70.本实施例包括事件的激活与响应：
71.传粉者在行动中需达成行动目标，可描述为触发成功推进进度的方法。在整个虚拟互动中，设计提供了以下检测方法，用于描述传粉者是否达到传粉指标。
72.空间集合检测：为传粉者申明一个简单几何区域，可以是矩形或者球形，在这个区
间内的三维区域定义为一个集合a，同时为目标区域定义一个三维集合为集合b。当集合a和集合b产生交集时，判定两者发生了碰触，进而触发响应结果。
73.距离检测：定义传粉者为对象a定义目标对象为对象b，定义一个最小距离。当两对象实际距离小于定义的最小距离时，则判定两对象为接触。
74.完成度检测：定义一个完成度总值如100，定义用户通过操作输入的累积分值，当用户有效操作被记录后推进完成度向前发展，当操作值积累到100时，则判定完成度佳。
75.本实施例传粉行为交互模拟：不同的传粉者和不同的花相适配，采蜜并对花授粉，根据模拟的流程特征，包含以下技术方案：
76.狭窄密闭环境下的视觉优化方案：例如暖地杓兰、杏黄兜兰的花粉块藏于唇瓣内，传粉者需进入唇瓣后才能携带花粉并传粉。花粉和雌蕊处于在唇瓣通往出口的狭窄管状道路上，采用单面透明、横截面、部件隐藏的方案，便于使用者观察学习。
77.单面透明：因管道狭小，传粉者和后侧内管面可见，而原本挡住视野的包裹外面设计为不可见。使用模型的纹理层，动态的修改albedo rgba值来完成，当模型面朝向与摄像机朝向相同时，则是背对着摄像机，筛选背对摄像机的面，并读取其uv坐标信息，将得到的黑白图改写给纹理的alpha层，遵循alpha通道与rgb相乘最终输出，则黑色为不显示，白色为全部正常显示，因此获得阻挡视野的单面透明，便于用户操作观察。
78.横截面：不使用纹理层变更，而直接替换为只有横截面的模型，阻挡的部分不建立建模。
79.部件隐藏：花是植物最复杂的器官之一，除雄蕊、雌蕊、花柱外，还有唇瓣、萼片、子房等一系列结构。有些结构在传粉呈现时不具有关键作用的，可将其隐藏。保留的部分则更利于用户观察和交互。定义一个从0至1的输入值，给植物的每个部件设置一个重要度排序值。对象的值与滑块实时的值进行比对，当输入值为1时，所有对象重要度都被覆盖，则所有对象均显示。当前值改变，重要度低于目标值的部件被视为当前不重要的部件，被用户隐藏。
80.传粉者精准吸食花蜜方案：传粉者花蜜采集的形式多样，长喙天蛾吸食粉叶玉凤花花蜜时，需精准的将口器放入花距内。在花的花距入口设置一个目标点，形似射击的目标参考，在用户操控传粉者画面中心设置一个准心。在花的花絮入口处设置一个碰撞检测集合b，在摄像机中心位置设置碰撞检测集合a。通过操控在画面上下左右移动，使画面中心的准心对准目标中心。当位置正确时，点击鼠标使集合a探向集合b，两集合产生交集，即可判定对准了入口，采蜜成功。
81.本实施例包括多速率姿态展示：
82.某些传粉者吸食花蜜速度较快，正常自然环境下约一秒完成一束花的花蜜吸取，虚拟交互下不利于用户观察，设计了不同速度的选择，用户可以通过半倍速和1/10速度观察吸食的过程。先定义以取得的传闻者吸食花蜜的动作文件。在动作轨迹上启用速度函数，将当前实时采用的速度，乘以一个倍数系数。当用户选择半倍速时，乘以0.5。当用户选择1/10速度时，乘以0.1。
83.速率的平滑过渡采用lerp插值，当前速度为v’，目标速度为v，变换系数为d，则：
[0084]v’
＝v’+(v-v’)*t
[0085]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技
术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0086]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：包括构建传粉者行动交互模拟系统、事件的激活与响应、传粉行为交互模拟等方案，所述构建传粉者行动交互模拟系统过程中，先设定控制交互的四个主要方向键，完成操控方案的设定，然后对传粉环境查看器进行创建，在传粉环境查看器中创建虚拟摄像机，在观察状态下完成对传粉者的多种状态进行模拟处理；所述事件的激活与响应中提供了多种事件的检测方法，包括空间集合检测、距离检测、完成度检测；在特殊步骤方案中包括狭窄密闭环境下的视觉优化方案、传粉者精准吸食花蜜方案和多速率姿态展示的设计过程。2.根据权利要求1所述的一种应用元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：所述操控方案将这些相同或相似的操作意向进行归纳整理，形成一套贯穿始终的交互方法。3.根据权利要求2所述的一种应用元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：所述虚拟摄像机以传粉者对象的中心为观察点中心，将虚拟摄像机创建在传粉者对象的后方，并将传粉者头部的朝向定义为向前方向，所述摄像机与传粉者的相对角度为定值，摄像机的空间位置信息隶属于传粉者本地坐标，在移动或旋转角度时，继承传粉者的空间信息。4.根据权利要求1所述的一种应用于元宇宙的传粉者植物传粉虚拟方法，其特征在于：所述模拟处理包括对传粉者的运动状态模拟，设定控制交互的四个主要方向键，实现对观察点中心位置持续朝向前移、后移、左旋和右旋方向上的控制。5.根据权利要求4所述的一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：飞行状态下的两侧转动角度，使用rotation函数赋予角速度，在既定时间内达到预定的角度数，且转动的角度和虚拟镜头向前方向的夹角最大值约束为45度内，使用者也可控制传粉者进行上下移动，该过程使用transform函数，定义垂直向上以及垂直向下产生位移的按键，且该方向基于三维环境中的垂直方向。6.根据权利要求5所述的一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：传粉者所处曲面的拾取过程中，设定一个合适的距离，当传粉者质心与顶点位置处于相近距离时，启用欧拉角的计算，连续计算相邻的所有范围内的顶点构建的三角面朝向角度，当传粉者满足近距离处于表面附近时，使传粉者腹部朝向对齐此欧拉角，形成附着表面的角度姿态，因三维环境中的可见体多为三角面构成的多边形对象，当传粉者在外表面移动时，会在多个角度值之间跨越，两个最临近面的欧拉角作为基础值，以传粉者当前坐标与两个欧拉角之间的距离进行权重换算，使用算法较快的liner函数在两个值之间优化迭代并取值，使用该值替代原朝向信息。7.根据权利要求4所述的一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：所述模拟处理包括加速运动模拟，该过程中通过添加用户可控的移动速度系数，在不同状态下修改系数得到速度的变化；所述模拟处理包括着陆模拟，以每帧实时读取，判断传粉者与目标区域的相对距离，当距离小于一定值时即触发传粉者的着陆行为状态或姿态；所述模拟处理还包括传粉者植物表面爬行模拟以及传粉者的位移模拟。8.根据权利要求7所述的一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：所述模拟处理还包括传粉者姿态，为传粉者处于飞行状态时定义两种逻辑状态，悬停和行进中以及四种进行行为：正常速前进、加速前进、左右转向、垂直方向高度改
变，为传粉者处于曲面表面时定义两种逻辑状态，等待、爬行以及四种行为动态：闲置、扇动翅膀、左侧偏转、右侧偏转，当没有输入指令时，启用闲置状态；在整个爬行模拟时，采用随机数触发扇动翅膀的小动作，模拟随机行为小动作。9.根据权利要求1所述的一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：在视觉优化方案使用模型的纹理层，动态的修改albedorgba值来完成，筛选背对摄像机的面，并读取其uv坐标信息，将对应区域填充为黑色，其他区域填充为白色，将得到的黑白图改写给纹理的alpha层，遵循alpha通道与rgb相乘最终输出，则黑色为不显示，白色为全部正常显示，因此获得阻挡视野的单面透明，该过程中先从数据库载入纹理，根据uv坐标信息构建顶点坐标，设置顶点颜色并进行渲染，若存在其他多边形需要进行渲染时先把各stage的混合器的各通道关闭。10.根据权利要求9所述的一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，其特征在于：在多速率姿态展示中，先定义以取得的传闻者吸食花蜜的动作文件，在动作轨迹上启用速度函数，将当前实时采用的速度，乘以一个倍数系数，并根据用户选择对倍数进行输入和设定。

技术总结
本发明提供一种应用于元宇宙的传粉者与植物进行传粉行为虚拟方法，包括构建传粉者行动交互模拟系统、事件的激活与响应、传粉行为交互模拟等方案。构建传粉者行动交互模拟系统中，建立了多方向交互控制并创建模拟传粉管理机制，使用控制输入完成对传粉者的一系列行为和用户自由视角管理；传粉行为交互模拟包括由传粉者所处的不同行为阶段，过程分为空中寻觅、接触植物、获取花蜜、寻觅下一朵、接触植物、传递(获取)花蜜等。该方法在元宇宙中搭建数字孪生环境，模拟建立了传粉者与植物之间的依存关系，形成一套贯穿始终的虚拟交互方法，使用户在进行昆虫行为模拟时可在各姿态自由调配，符合自然环境下传粉者的实际行为模拟。符合自然环境下传粉者的实际行为模拟。符合自然环境下传粉者的实际行为模拟。


技术研发人员：李兵 周权 孙士国 胡原
受保护的技术使用者：华中师范大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/14