崂山绿茶加工的虚拟现实优化设计与探究

张文达，杜建伟

（青岛农业大学动漫与传媒学院，山东 青岛 266000）

虚拟现实技术目前主要应用于医学、娱乐、影视、室内设计以及房地产开发等领域［1］。随着生活水平以及技术创新的进步，各领域都对虚拟现实技术的应用产生了新的需要。着眼于农业领域，虚拟现实技术与果树修剪技术相结合，用于推广教学正确的修剪技术，改善果树低产低质、技术人员缺乏的现状，帮助果农熟练掌握正确先进的果树修剪技术［2］。除此之外，虚拟农业技术还被广泛应用于虚拟育种、虚拟温室、虚拟农场、虚拟教学与农业科技推广等诸多方面［3］，暂未对绿茶加工进行虚拟现实的呈现，借助虚拟现实技术，可以将绿茶加工较长的过程进行凝练，帮助人们通过多维度的感官体验，学习掌握绿茶加工流程及技艺，使过程更加生动形象，实现沉浸在其中的效果，满足人们对于绿茶加工更加直观的信息获取，促进技术推广以及绿茶的提质增效。

1 系统架构与技术开发

1.1 系统的架构

崂山绿茶加工虚拟现实系统架构设计为三层，分别为数据层、平台层、应用层（图1）。

图1 崂山绿茶加工虚拟现实系统架构

1.1.1 数据层 包括加工工具、加工流程、加工技术要求、三维、空间、时间各类数据库，是对崂山绿茶加工所涉及的以及实现不同操作及其反应结果可视化所需数据的汇集整理。

1.1.2 平台层 通过平台层实现整个加工过程的三维呈现，交互画面实时渲染，数据的可视化，并根据用户需求实时处理，完成三维画面的转换以及数据的提取与写入。

1.1.3 应用层 结合该系统的用户需求，实现崂山绿茶加工示教、技术推广、用户交互体验、时间空间定位以及加工信息查询等服务功能。

1.2 开发技术

1.2.1 虚拟现实技术 虚拟现实技术是一种利用计算机创建虚拟世界的仿真系统。融合多源信息，生成模拟环境，使用户能够体验交互式的三维动态视景和实体行为［4］。将崂山绿茶加工涉及的数据和场景，根据系统用户需求进行选择，导入系统，通过电子设备输出信息，转化成人们能够感受到的模拟场景，对用户的操作实时反应，可以很好地实现虚拟世界与崂山绿茶加工现实场景的结合，具有较强的多感知性、存在感、交互性以及自主性［5］。

1.2.2 三维建模技术 通过三维建模技术对崂山绿茶加工的工具、工场景进行精准描绘。三维建模是将崂山绿茶加工与虚拟现实相结合，实现交互呈现的基础，要求对于物体的外观形状、体积、动态分解以及数据信息的形象化模型建立，并对模型进行颜色、纹理、质感等方面进一步渲染处理，实现物体的三维逼真再现，能够给予用户身临其境、虚拟且真实的体验。

2 系统的功能模块

创建一个崂山绿茶加工虚拟系统（图2），主要涉及流程概览、技术要求、制茶体验3 个模块。包括对绿茶的加工流程进行在线浏览，对技术要求进行生动展现，以及给予用户参与制作的交互体验。

图2 崂山绿茶加工虚拟现实系统界面

2.1 流程概览模块

绿茶加工，以茶鲜叶为原料，通过杀青、揉捻、干燥等技术环节逐渐形成绿茶［6］。用户可通过此模块对崂山绿茶（鲜叶）摊放→杀青→揉捻→烘二青→提香的加工流程进行学习观赏。其加工生产是一个漫长的过程，运用虚拟现实技术对其生产场景凝练提取，将跨时间维度的加工过程浓缩，进行场景再现，实现信息化、数字化、智能化的呈现与传递。在每一步流程中，用户可以对画面点击触碰，了解绿茶加工每一步流程中所涉及到的工具，有竹匾、杀青机、揉捻机、烘干机、干燥提香机等，点击后画面将对工具进行三维立体凸显，对其操作方式配以语音讲解，用户可以对三维立体画面进行左右上下多角度滑动，进一步实现对工具的多维度观察。让用户能够生动形象的对绿茶加工工具进行认知，进一步对加工过程、加工技艺及操作手法有一个宏观把握。

2.2 技术要求模块

在此模块中，将制茶工具、制茶时间、温度、含水量、技术因素、操作方法等技术要求的数据集成汇总。用户佩戴设备，可以在画面中三维浏览操作，用户随意选择操作加工步骤，可以看到相关数据以及叶片的颜色、外形等各方面随操作进行可视化呈现以及实时反应与波动。结合视觉、听觉、嗅觉等感知，掌握崂山绿茶加工技术要求（表1），并细致了解学习各个步骤内部技术要求以及操作过程。

表1 崂山绿茶加工技术要求

2.2.1 鲜叶的摘取 决定绿茶品质的物质基础，要提手采摘，而不能捋采或抓采。在加工过程中，鲜叶内的物质发生相应的物理反应和化学反应。鲜叶的色泽与叶型关系着叶片内化学物质的含量，深绿的鲜叶含有较高的叶绿素和蛋白质，叶型大的鲜叶含有较高的多酚类化合物，使绿茶的滋味过于浓烈，干茶的外形也比较粗大。系统将引导用户选取深绿色的中小叶，提示用户紫色的鲜叶不适宜选取，并在画面一侧出现浮窗提示所摘取鲜叶化学物质等含量相关数据。虚拟鲜叶的摘取帮助用户能够更加直观地发现不同叶片在色泽及叶型上的对比，所含化学物质的不同，以及不同鲜叶加工之后在外形以及气味上的不同。

2.2.2 鲜叶的摊放 初制绿茶必不可少的工序，将鲜叶摊放在干净的竹匾上，为保证高品质，要保持摊放环境的干爽、通风，摊放时长与天气情况密切相关。系统将按照嫩叶老摊，老叶嫩摊的技术要求进行加工操作，会通过浮窗显示摊放时间与叶片含水量数据。

2.2.3 杀青 主要目的是为了破坏鲜叶中酶的活性，制止多酚类化合物的氧化，得到绿茶所具有的色、香、味及品质，以便于揉捻造型。杀青受温度、时间、投放量以及鲜叶质量等因素影响。系统将引导用户操作杀青机，控制杀青机温度以及茶叶的投放，按照高温杀青、先高后低，抛闷结合、多抛少闷，嫩叶老杀、老叶嫩杀进行操作，系统将给用户呈现在不同杀青温度下叶片在外观上的变化，引导用户观察杀青程度，并按杀青程度调整投叶量多少，完成适度杀青，杀青后的叶片静置回潮，使叶片的水分均衡［7-9］。

2.2.4 揉捻 系统引导用户进行揉捻机的操作，将力度控制在轻压→重压→轻压，按照先轻后重，逐步加压，轻重交替，最后不加压的加压原则，通过浮窗显示时间的变化，进行时间加压掌控。通过揉捻使茶条卷紧，缩小叶片的体积，使茶汁容易泡出，也要耐冲泡。

2.2.5 烘二青 系统引导用户通过烘干机使用毛火，在烘干叶片的同时进一步造型，观察叶片的烘干程度，使叶片既能捏成团，松手又可弹散为宜，在操作同时，系统通过浮窗显示烘干机温度、烘笼温度、叶片含水量的变动。

2.2.6 干燥提香 系统引导用户操作干燥提香机的温度控制，使用足火，将叶片进行干燥提香，形成崂山绿茶的色、香、味。

虚拟操作过程逼真地模拟绿茶的加工过程，对机器的操作、温度控制、时间控制进行情景再现，通过浮窗显示时间、温度、含水量等相关数据的变动，将操作要点归纳突出，让用户学习掌握到每一步加工过程的技术要求，感受到由鲜叶变为茶叶的过程中，在叶片外形、色泽、味道等各方面的变化，更加准确可信地进行技术示教与推广。

2.3 制茶体验模块

用户可以与系统进行交互操作，模拟操作鲜叶采摘、杀青、回潮、揉捻、烘二青、提香等加工流程。系统根据用户操作及时进行结果反馈，使用户更加直观地近距离体验茶叶是如何从鲜叶制作为茶叶。在系统中可以从宏观到微观，通过各个角度进行观察，既可以从视觉上观察杀青匀透，叶片颜色由鲜绿转为暗绿色，杀青欠匀透，叶片会有红梗红叶；在揉捻过程中对于茶条的外形要求，要叶条，不要叶片；要圆条，不要扁条；要直条，不要弯条；要紧条，不要松条；要整条，不要碎条［10］；在烘干时烘叶过干叶片容易断碎。通过触觉感受不同揉捻方式对叶片造型的改变，也可以通过嗅觉感受茶香的变化，体会操作适度香草气消失，茶香的形成，体会操作温度过高叶片出现的烟焦气味。使用户犹如置身于制茶间一般，既可以有效缩短大众与制茶之间的距离感，每个人都有机会体会到制茶的乐趣，又可以帮助相关从业人员体会不同操作的正确与否，减少不当操作造成的资源浪费，促进操作技艺提高。

3 系统的应用与效益

3.1 应用

应用于崂山绿茶加工的示范性、实验性教学实践以及技术推广，通过虚拟现实技术、三维建模技术与崂山绿茶加工知识融合集成，实现数字化、可视化、信息化、趣味性的交互呈现［11］，模拟崂山绿茶加工过程并对各影响因素的改变做出合乎实际情况的反应，满足用户对于物体画面放大、缩小、旋转、动画的操作需求，相关数据信息的查询获取，使得示教过程更加生动直观地显示与处理，提升示教效果。

3.2 效益

3.2.1 崂山绿茶加工三维数据库的建立 在创建崂山绿茶加工虚拟场景时，会依据加工技术建立三维模型，对加工过程进行三维记录。记载加工生产过程中的各步骤存在的影响因素，因果差异，信息数据等，对加工过程进行系统化梳理，实时填充记录信息，形成一个可视化的虚拟试验数据库，提高绿茶加工的信息化程度，实现个性化信息服务。信息准确可实时调取将继续推动崂山绿茶的品质提升，提高生产效率，打造智慧农业。

3.2.2 制茶工艺示教手段的创新 通过虚拟现实技术体验崂山绿茶加工，突破了传统通过视频、文字记录等单一方式，提供了一种新形式展示与教学崂山绿茶的加工技术。以其自身技术特征，解决了时间、地点等因素的限制，能够进行实时互动，给予用户极强的交互体验与沉浸感［12］。用户也可以根据自身所需，选择相应加工过程进行观赏学习。增强绿茶加工技术示教的趣味性与智能化，促进茶文化的传播、继承与推广。

3.2.3 崂山绿茶及制茶工艺的促进推广 用户的交互体验能够增强用户对于崂山绿茶加工生产过程的了解程度，进而提升用户对于崂山绿茶品质的信赖度。有利于加强崂山绿茶的品牌建设，提升崂山绿茶的知名度。虚拟现实技术与绿茶加工相结合，以现代化、智能化的形式对崂山绿茶的加工技艺进行传播、推广，帮助提高相关从业人员加工水平的提升，实现绿茶的提质增效。吸引更多的用户观赏、学习绿茶加工技术，吸引更多新型职业农民参与其中，促进绿茶加工技术的创新与提升。

4 小结

对虚拟现实技术与绿茶加工的结合提出了初步设想，在当今打造智慧农业、实现农业现代化的背景下，虚拟现实技术具有很强的科技性，将其应用到现代农业生产中，是实现农业现代化、智能化、科技化、智慧化的主要途径［13］。要积极发掘虚拟现实技术的发展，汲取国内外在各个领域的先进技术经验，结合中国国情，加强虚拟现实技术与农业的结合，虚拟现实技术与制茶的结合。以更好地推广制茶工艺的创新与提升，推动技术的进步，促进茶文化的传播，提高生产率，促进产业优化升级，带动农业经济的发展，实现农业现代化，服务“三农”。