導語：如何才能寫好一篇三維仿真論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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論文關鍵詞：三維虛擬仿真技術，物流，教學

 

當前，仿真技術已經成為分析、研究各種復雜系統的重要工具教育學論文，它廣泛用于工程領域和非工程領域。高職院校的物流實訓中心大多數是基于軟件模擬的物流實訓室，這類實訓室是以物流軟件模擬來搭建物流模擬平臺，如倉儲管理軟件、運輸管理軟件、ERP、MRP、國際貨代軟件、TPL軟件或基于上述幾個軟件集成起來的供應鏈軟件等；然而對于基于設備的物流實訓室來說，由于資金等方面的限制，比較先進的設備還尚欠缺教育學論文，這就造成了學生對立體庫、高速分揀機、巷道式堆垛機、AGV、碼垛機器人等先進的物流設備缺乏足夠的感性認識論文格式模板。三維虛擬仿真技術等夠對倉庫、配送中心、企業生產線等進行簡單的建模，能夠加深學生對各種物流設備的認識，幫助學生理解工業、企業、生產線的布置與產出平衡、物料需求計劃、企業資源計劃等相關知識，更好地找出生產瓶頸，加深對現代化立體倉庫、配送中心的了解。因此三維虛擬仿真技術在教學中的應用教育學論文，對于學生更好地學習物流專業理論知識、培養相應的職業技能是大有裨益的。

一、三維虛擬仿真技術概述

三維虛擬仿真（3D Virtual Simulation）就是利用三維建模技術，構建現實世界的三維場景并通過一定的軟件環境驅動整個三維場景，響應用戶的輸入，根據用戶的不同動作做出相應的反應，并在三維環境中顯示出來。三維仿真的關鍵技術主要有動態環境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術、應用系統開發工具、系統集成技術等論文格式模板。該軟件提供了原始數據擬合、圖形化的模型構建、虛擬現實顯示、運行模型進行仿真的實驗、對結果進行優化、生產3D動畫影像文件等功能。

利用三維虛擬仿真技術教學具有以下優點：

1、教學內容視覺化

2、學習中的交互性好

3、沉浸感真實感強

二、三維虛擬仿真技術在物流教學中的應用

基于青海交通職業技術學院物流實訓中心3D實訓室的應用系統及操作流程。

1．開機步驟

開機順序依次為：

2 AP轉換器（數量兩臺）：

按下電源按鈕教育學論文，

2 工作站（數量兩臺）

2 投影機（數量四臺）

進入控制工作站，進入中控程序，點擊投影機控制，選擇開

等投影機啟動完畢后再進入下一步

2 邊緣融合機（數量兩臺）：

按下電源按鈕

關機順序依次為：

立體圖像工作站——邊緣融合機——AP轉換器——投影機——控制工作站

2．基本操作設置

立體圖像工作站設置

（1）多顯示器設置

鼠標在桌面上右鍵

進入NVIDIA控制面板

點擊設置多個顯示器

設置作為一個大水平桌面（水平平移模式）

顯示的結果是，顯卡雙頭輸出兩個通道的桌面。

（2）分辨率設置

單屏分辨率1024×768教育學論文，重疊像素為192

整體分辨率為1856×768（含邊緣重疊區192個像素）

重疊像素設置圖如下：

立體設置為管理3D設置里面，基本設置，選用立體啟用

3 .基本演示操作

（1）立體電影

檢查左右眼是否正確？

2 將圖像移動分別移動到第一個通道和第二個通道進行檢查論文格式模板。

如果第一個通道和第二個通道都不正常，點擊一下軟件里面L/R

2 如果圖像只在第一個通道出現左右眼反的現象？

在第一臺AP轉換器后面的綠色按鈕按兩次切換左右眼

2 如果圖像只在第二個通道出現左右眼反的現象？

在第二臺AP轉換器后面的綠色按鈕按兩次切換左右眼

（綠色按鈕按兩次表示切換左右眼）

（2）NVSG演示軟件

同樣觀看立體是否正常，可以通過軟件切換左右眼

（3）VEGA演示軟件

同樣觀看立體是否正常教育學論文，可以通過軟件切換左右眼

4系統連接圖如下

5投影機圖像不正確的調試方法

（1）首先檢查畫面比例是否正確

再點擊高級：

水平位置和垂直位置，如圖所示。

6融合機出現故障處理方法

出現基本問題首先重新啟動融合機來解決

如重新無法解決可以采取如下步驟：

（1）找到是那臺融合機出現的問題，并接入鍵盤鼠標

（2）ALT+F4退出融合服務軟件

（3）點擊桌面上的blend文件夾

（4）復制setting.cfg文件到其他地方

（5）將備份的該文件copy到blend這個文件夾下面

（6）雙擊STEREO_CAP程序

（7）按ESC，再點擊開始撲捉、全屏幕、下一次開機啟動，保存設置、開始

（8）重新啟動

7注意事項

（1）投影機開啟后遙控器上的auto、aspect兩個按鍵不能按教育學論文，正常使用情況下不需要遙控器；

（2）投影機機械結構不能輕易觸碰

（3）屏幕位置不能挪動，屏幕表面不能觸碰，灰塵可用干凈的柔軟布沾水擦；

（4）投影機關機后不能立即斷電，同時投影機電源需接入UPS穩壓電源，UPS后備電池時間不小于10分鐘；

（5）不能隨意拔插設備連接線纜；

（6）立體工作站顯卡、立體、分辨率等設置不能改變

（7）控制工作站IP：192.168.1.10不能改變。

開機先后順序要嚴格按照技術要求順利

三、結束語

三維虛擬仿真技術軟件在高職的教學中能發揮出積極的作用，一方面能提高學生的學習興趣，學生在學習的過程中能夠對倉儲、運輸、配送、生產加工等有一個感性的認識，同時也提高了學生分析問題、解決問題的能力，實踐證明三維虛擬仿真技術軟件的應用對于高職物流專業的教學具有積極的意義。

參考文獻：

[1]呂明哲，物流系統仿真，東北財經大學出版社，2008.10。

[2]賀國先，現代物流系統仿真，中國鐵道出版社，2008.12.1。

[3]青海交通職業技術學院物流實訓中心3D實訓室操作手冊

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【摘要】隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢，從而研究它的價值和市場經濟效益，并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。

【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學

一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究

虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。

Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。

二、虛擬仿真技術在各領域內的作用

隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。

Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。

三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處

虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。

隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。

四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢

作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。

其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。

五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益

虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。

在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。

總結

虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。

參考文獻：

[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期

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【關鍵詞】生產仿真；管道安裝仿真；計算機優化

近年來，由于制造業領域三維CAD系統軟件的普及，“數字生產”變得非常實用。通過生產前使用三維模型仿真整個生產進程，制造效率以及安全性達到預期效果，并且通過各領域工作臺共享信息使得實施管理動態生產成為可能。下面分別介紹復雜船體分段搭載，設備搬運，CRP的安裝以及機艙通道等仿真應用實例。

1　生產仿真

1.1　船舶工業仿真技術

計算機仿真主要應用于船舶設計平臺，尤其是概念設計以及結構分析。由于船舶生產非常復雜且需要足夠經驗，計算機仿真很難廣泛應用到船舶生產過程中。仿真作用如下：1.提高質量；2.縮短訂單與交船時間間隔；3.減少生產成本減少成本，包括材料成本和工資；4.減少制造過程中時間浪費。

在船舶生產中仿真可以應用到如下幾個方面：

1.生產進程分析和估計；2.生產計劃安排；3.訓練特殊技術工種的模擬器，例如線加熱、焊接以及校正；4.檢測施工安全性。

1.2　船舶生產仿真

隨著計算機集成制造的應用，根據設計和生產數據制作產品模型，并在此基礎上進行工藝設計。為了提高生產三大主要元素——生產率、質量和安全性，研究各種先進的計算機仿真技術非常重要。

船舶屬于大型設備，結構復雜，具有億萬個來自世界各地生產的部件以及各種各樣的材料。在建造船舶時，眾多部件會聚船廠，考慮船廠環境及設備等相關的信息才能進行有效生產和工序安排。制定生產計劃，需要積累豐富的船舶建造經驗，以滿足多工種協調作業時對效率和質量的要求。三維CAD不僅有效地應用在船舶生產仿真中，而且在自動化和飛機工業中應用也相當成功。近年來，隨著計算機容量顯著提高，價格也變的便宜。因此，應用軟件變的越來越廣泛，船舶建造仿真技術越來越簡單。除此而外，三維CAD集成了船體和設備所需的所有結構件和部件。近來，IHI新開發了AJSAI系統集成了所有產品數字模型，從直觀的角度在計算機上顯示了船塢中搭載二周后VLCC結構的三維視圖。從而提高了生產效率、安全，以及產品質量。

1.3　計算機優化制造

船舶建造過程中，多工種工人互相依靠、協作制造。隨著工作難度等級提高，相關生產難度也隨之上升。產品模型是計算機集成制造的核心，設計和生產計劃是仿真的基礎。在這一領域，基于優化生產的數字制造成為現實。

2　管道安裝仿真

在船舶建造中，裝配是一個很典型的工作。一般情況，工人僅僅憑借個人經驗，根據不含詳細說明的粗略圖紙進行生產制造。因此，裝配工作存在以下問題：1.從粗略圖紙中構思整體結構、設計裝配工序，必須接受過職業訓練、具有工作經驗。2.基于經驗設計的工序不一定是最佳的3.生產時才能發現設計的錯誤。4.不可預見的問題時常出現，生產計劃經常受影響5.無經驗人員不能從事裝配工作。近來，隨著裝配仿真系統的開發，即使無經驗的工人也能進行裝配工作。裝配仿真通過船廠無線局域網將結果顯示在工人從事裝配場所的個人電腦上。電腦屏幕上裝配時組件整體樹形結構圖通過三維模型圖可以從任意角度觀察任何想看到的地方，包括貨盤名稱、部件種類、部件名稱、次要部件以及每個組件之間的關系的相關列表。這種模型圖形即使沒有經驗的人們也易于理解。隨著便攜計算機系統成功開發以及RFID系統的問世，管道安裝仿真技術將更進一步發展，尤其管道部件的管理。

3.1　分段搭載

是在機艙里，四周已有的四個分段中間插入另外一個分段的安裝過程。插入分段與鄰近安裝好結構件相對關系非常復雜，因為該分段是在定盤上完成的。在那里，工作環境受其他因素的影響很小，設備盡可能裝配在分段上。由于額定載荷為幾百噸的大型起重設備同時吊卸分段時各種障礙物隨時出現，因此細心而熟練地操作非常必要。只有這樣，分段才能非常精確地安裝在確定位置。

3.2　設備搬運

這種設備在整個FPSO營運過程中一直不停地運轉，有時需要搬運至船外，進行修理、更換損壞部件。通過仿真可以設計出最優搬運路線，在整個運輸過程中不會碰撞任何設備以及結構件。多種設備經過這種仿真，效果顯著。仿真結果制成使用操作手冊供船東檢驗，得到設計認可。

3.3　CRP的安裝

在狹窄船塢中實現螺旋槳精確地安裝非常重要。安裝螺旋槳旋轉軸時，船體里面和外面的安裝工人需要協作工作。通過仿真預先互相交流意見、確定安裝流程，裝配工作才能順利展開。

3.4　機艙通道

通過借助假想木板確認通道的人性化空間為眾多船級社和船東所要求。如果設計時運用三維CAD進行仿真，設備和結構件之間干涉將會避免。這樣，設計質量隨之提高。

4　結論

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[關鍵詞]排氣歧管 CAE 有限元分析 優化

[中圖分類號]TK403 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2014）11-0079-02

排氣歧管是車輛內燃機排氣系統中的重要組成部分，對內燃機的動力性、經濟性和排放均有影響。因此，在車輛維修時，它是很難檢測到由于高的內燃機的排氣背壓內燃發動機功率發揮不足或內燃發動機不能正常工作。本論文針對內燃機排氣管路中造成排氣阻力的成因進行分析，為生產、安裝提供結構優化，通過一些數據分析的排氣管線的安裝尺寸、方法和結構的優化，減少排氣管線出現的反壓現象引起的排氣氣體湍流，有效降低高內燃機排氣背壓的情況下，保證內燃機穩定工作。

一、研究對象

本文選用FB4105防爆柴油機的研究對象為排氣歧管。FB4105防爆柴油機的主要技術參數有：轉速2300r/min、凈重350kg、防爆凈功率40KW、總排量2.5L。

邊界條件的排氣系統數學模型包括：

（1）入口邊界條件是：根據發動機排量和速度給定的入口速度V=12.06m/s，根據發動機廢氣排放溫度給定入口溫度600℃，根據給定的速度和湍流強度0.3MPa入口處入口結構的價值。

（2）出口邊界條件：針對出口壓力的條件下，假設出口壓力是大氣壓力。

（3）壁面邊界條件：壁面邊界條件為無滑移速度邊界條件。

二、虛擬樣機模型

根據測繪數據，應用UG軟件建立排氣歧管的三維模型（圖1：排氣歧管三維模型），從三維模型圖中抽取出氣道三維圖（圖2：排氣歧管氣道三維模型）。

圖1 FB4105排氣歧管三維模型

圖2 排氣歧管氣道三維模型

三、CAE有限元分析

CAE模塊是3d應用UG軟件中的一個有限元分析模塊，從訂單的產品、設計、開發，綜合傳統的經驗設計和穩流試驗臺的試驗和錯誤的方法，改進的虛擬開發。在虛擬環境下設計實現了虛擬樣機開發的數字仿真方法的產品性能評價過程、優化和修正，從根本上改變了傳統的設計思想，減少不必要的原型機生產，降低產品設計成本，縮短產品的設計周期。

UG高級仿真模塊提供對許多行業標準解算器的無縫、透明支持，這樣的解算器有NX Nastran、ANSYS等。如高級仿真模塊使用該解算器來處理所有網格劃分、邊界條件和解法，還可以求解模型并直接在結算過程中查看結果。高級仿真模塊除提供基本設計仿真中的功能外，還具有高級分析解算流程的其他功能：

（1）高級仿真有獨特的數據結構。

（2）高級仿真有很強的網格劃分功能。

（3）高級仿真有靈活的幾何體設計方法。

（4）高級仿真中有NX傳熱解算器和NX流體解算器。

按照要求用UG軟件打開排氣歧管氣道三維模型，點擊高級仿真模塊，新建FEM（Finite Element Modeling）模型，求解器為NX Thermal/Flow，分析類型為Coupled Thermal-Flow（耦合熱流），材料賦予Air（空氣），采用四面體網格進行劃分，單元格選為5，共劃分有41197個網格單元。圖3為創建的排氣歧管氣道三維模型網格圖。

圖3 排氣歧管氣道三維模型網格圖

四、CAE有限元計算結果及分析

按照內燃機的點火順序（1缸―3缸―4缸―2缸），分別加載邊界條件，對1缸、2缸、3缸和4缸的氣道進行流體模擬分析，從結果可見，流道發生拐彎及彎曲的形狀都會影響氣流，從優化前的圖5、圖6、圖7及圖8上可以看出，每個排氣工作時，對當前管到出口的拐彎處，有一塊區域的氣流產生的紊流現象很明顯，壁面受氣流的沖擊也比較大;當前工作缸的氣流對后面的氣道沒有產生影響，但是對前面的氣道均產生了影響。

五、小結

從FB4105排氣歧管的數值模擬和分析可以基本上滿足光滑排氣的要求，強烈的渦流區沒有出現在管內，只有極少部分渦流現象在管道的彎曲處出現。為了提高通道的氣流速度的均勻性，對原結構進行改善，將在管道彎曲處設計添加圓角。仿真結果表明，原來存在的湍流現象顯著降低了，并且對排氣氣缸后面的氣道也沒有影響，氣道形狀設計更加科學合理。

【參考文獻】

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中圖分類號：T-0文獻標識碼：A文章編號：1033-2738（2012）03-0317-02

摘要：三維地理信息系統的應用集成為在精細化、智能化和空間信息化方面將數字工廠研究進一步發展提供了一個重要方向。本文通過對延安石油化工廠網絡智能監控管理及仿真展示系統的建設實例說明了三維地理信息系統在數字工廠領域如何發揮作用。

關鍵詞：三維地理信息數字工廠；VRMap；系統集成

引言

隨著全球各種行業信息化的不斷發展，數字工廠作為工業信息化的重要方向和形式，發展十分迅速，目前正向著精細化、智能化、空間信息化的方向發展。石油化工行業具有工藝復雜，設備繁多，管理要求高的特點，精細化、智能化和空間信息化的需求更加迫切。三維地理信息技術作為空間信息新技術之一，在繼續保持高度集成空間信息，結合行業業務需要，提供多種應用分析手段的GIS特點外，還使GIS具有了更簡單的邏輯，更直觀的表現，所表達的地理信息更加形象，并具有所見即所得的特點，擺脫了傳統二維GIS使用抽象的符號表達地理空間事物，需要較多專業知識才能理解的局限性，從而降低了GIS的使用難度，得以更好的與行業業務結合，發揮GIS的優勢，使石油石化行業的專業人員可以更多關注本職工作，減輕工作負擔，提高效率和決策水平。

根據石化廠的需要，廣泛采用數字工廠的新技術，設計建設了延安石油化工廠網絡智能監控管理及仿真展示系統。

一、總體設計

1.建設思路。

依據化工廠的竣工藍圖，并結合現場勘測數據，為主要設備制作尺寸準確的三維數字模型，形成三維模型數據庫。通過數據服務平臺實現各類型用戶對數據的共享應用和數據的管理和維護。在數據服務平臺框架上進行三維仿真展示，實現交互的三維瀏覽，GIS量測，設備屬性查詢、三維場景渲染，粒子效果展示等。再結合具體的業務需要和業務數據，與石化廠現有生產管理系統、視頻監控系統、大屏幕系統等進行集成，實現生產管理、監測監控、安全應急、仿真模擬等功能。

2.平臺選型。

計算機技術的不斷發展為GIS提供了先進的工具和手段，虛擬現實（VR）、4D、專家系統等一些新的思想和技術正源源不斷地充實到三維GIS中去。很多三維GIS軟件，如國外的Esri ArcGIS、SkyLine，國內的VRMap、EV-Globe等相繼推出，并開始在需求迫切的行業中得到應用。

軟件平臺的選擇，需要考慮系統平臺的兼容性，硬件條件，業務應用的針對性，展示的效果，海量數據的存儲管理，數據的安全維護性等。

考慮到石化行業的特點，通過比較，認為VRMap軟件的仿真效果好、運行效率高、模型數據精細、支持海量數據、易于二次開發，作為基礎平臺和數據維護工具能更好的滿足石油化工廠的需要。

3.架構設計。

系統的架構設計是基于分層思想進行的，即系統各層的相對獨立，只依賴低于自身的層，而完全獨立于高于自身的層，分層設計有利于系統的邏輯設計和功能實現，可以在不同的層次內解決不同的問題。根據分層的思想，將系統自下而上分為三層，即數據層、服務層、應用層。各層描述如下：

數據層由三維數據維護管理平臺VRMap企業版和三維空間數據庫Oracle 10g組成完整的數據管理系統，管理和維護三維模型數據和業務數據。

服務層以網絡三維數據平臺VRMap SDK和運維支撐平臺VRMap IMS為基礎，向外提供基于業務的各種服務；

應用層即面向用戶的C/S客戶端――網絡三維智能監控管理系統和B/S客戶端――網絡三維智能仿真展示系統，用戶通過系統使用各種功能。

4.部署方式。

Client/Server計算結構的實質是在客戶端和服務器之間分配計算任務，在兩層體系結構中，客戶機執行應用處理和數據表述功能，服務器維護后臺數據庫。C/S應用軟件的業務量是從客戶端和服務器之間的數據交換產生的，一次數據交換是客戶端提交一個請求并接受一次來自服務器指示的屏幕更新過程。

C/S結構是應用較為成熟的軟件架構，在這種模式下數據被集中存放于中心服務器，用戶通過客戶機上的客戶程序存取服務器內的數據，大部分運算集中在服務器上，因而系統對服務器的要求比較高，這種操作模式被廣泛應用于網絡環境，在GIS領域，大型應用也都采用C/S操作模式，保證GIS對空間圖形數據操作和傳輸的快速響應。

Browser/Server結構系統架設在數據服務器、應用服務器、瀏覽器三個層次上，數據服務器專門存放數據，應用服務器提供各類服務組件來訪問數據服務器和響應客戶端的請求，瀏覽器端只顯示結果和發出請求。這種模式的系統維護較為簡單，系統的修改和升級只需在應用服務器端進行即可，客戶端的界面一致，用戶操作起來比較容易上手。

根據系統應用需求，圖形數據處理需求以及對系統平臺安全性、穩定性考慮，本系統采用C/S結構和B/S結構相結合的混合模式。

二、數據建設

三維模型數據是整個系統的數據基礎，根據系統的功能需要和經濟性考慮，延安石化廠廠區模型分為：生產設備區域、辦公區域、環境地貌制作三部分，并根據需要按照不同的精細度進行制作，在達到較好效果的同時，節約了制作成本，提高了系統的運行效率。

模型的制作參照總平圖、設備圖、工藝圖、布置圖資料，采用企業級三維建模軟件（如3DS MAX等），按照模型對象的真實尺寸和形狀和位置關系，進行各類建筑、設備及管線等三維模型制作。制作流程如下：

根據業務功能的需要，主要設備模型的名稱和現有設備臺帳中的設備編碼一一對應，非主要設備模型的名稱也按照統一編碼要求進行編碼。

三、功能模塊

系統根據不同的運行環境和使用需求，分為C/S架構的網絡三維智能監控管理系統和B/S架構的網絡三維智能仿真展示系統兩個系統。

1.網絡三維智能監控管理信息系統。

延安石油化工廠網絡三維智能監控管理系統由場景瀏覽、空間測量、工藝仿真、設備監測、安全應急、系統管理等子模塊構成，集仿真展示、視頻監控、設備監測、設備報警、生產狀態監測等功能于一身，全面考慮效率、穩定、安全、開發等因素，為工廠各部門提供直觀、可靠、智能、高效的生產監測管理應用服務。

2.場景瀏覽。

場景瀏覽是指三維仿真場景的展示和用戶在場景中進行交互操作，獲得所需信息的功能。系統支持多種操作方式，可以自如的控制場景的縮放、旋轉、移動、改變視角，可以指定瀏覽的路線和方式。同時還可以控制圖層的顯示和隱藏，保存視點位置，播放錄好的場景動畫。系統還提供地物信息的查詢。

3.空間測量。

空間測量功能可以查詢場景中任何位置的坐標、空間距離、高度、水平距離、投影面積等。

4.工藝仿真。

系統可以將廠區的重點工藝流程，在場景中進行直觀的三維模擬展示，將抽象的工藝流程圖進行形象、直觀化，為輔助廠區新員工培訓，廠區工作人員理解并熟悉工藝流程提供幫助。

5.設備監測。

系統實現了與MES監控系統和視頻監控系統的對接，可以將MES監控系統的實時信號和實時視頻在系統中進行展示，對異常情況可以進行超限報警和視頻攝像頭場景的直接跳轉。

6.安全應急。

安全應急功能可以快速查詢場景中所有的地物或者設備的應急預案、指定范圍內的應急資源分布情況。并通過事故地點設置在三維場景中對事故地點進行標注，如火災、洪澇、破損等情況，模擬事故發生的情況。還可以對預案、預案級別、預案類別等內容進行增刪改查，為指定設備增加專用預案。

7.系統管理。

系統可以對用戶及權限進行管理，設置系統的各種基本設置，包括視頻設置、MES設置和系統皮膚設置等等。

8.網絡三維智能仿真展示系統。

網絡三維智能仿真展示系統是基于B/S架構設計開發的，用戶簡單的通過IE瀏覽器直接展示三維場景數據，并為用戶提供了三維場景的基本三維瀏覽和操作功能。展示系統還集成了生產實時信號監測、視頻監控等業務功能。

9.導航控制。

系統提供鼠標、鍵盤、瀏覽面板控制三種控制模式包括縮放、方向控制、高度調整、俯仰調整，并且還有瀏覽模式切換、全屏、還原、打印輸出、俯視等輔助操作功能。

10.查詢定位。

系統可以輸入關鍵字查詢和定位相關的設備，也可以輸入周邊范圍值查詢范圍內的設備。系統支持雙擊場景設備和在列表中點擊查詢結果，使設備定位到場景中央并高亮顯示。

11.三維分析。

系統可以完成簡單常用的場景地物分析。主要包括測量水平距離、測量垂直距離、測量空間距離、測量水平面積、兩點通視分析等。

12.定線飛行。

在飛行路線列表中選擇存在的路線（系統飛行路線或自定義飛行路線），進行路線飛行。系統可以自定義飛行路線，保存在本地，以對已存在的路線進行刪除或重命名操作。

13.設備監測。

與廠區內的生產監控系統對接，在三維場景中監測顯示各個設備的生產安全狀況?？梢栽O置監測時間間隔，是否進行報警檢測，報警時間間隔以及報警時間間隔等監測設置。

14.視頻監控。

通過與廠區視頻對接為用戶在三維場景中提供直觀的三維視頻監控畫面，用戶直接通過瀏覽器就可查看。

總結

延安石油化工廠網絡三維智能監控管理系統建設綜合運用了GIS、三維虛擬現實、海量數據管理、WebGIS等多種相關技術，在建設過程中克服了很多技術和數據方面的新課題，有多方面的專業人才和技術人員參與。系統建成后，為石油化工廠的管理人員、技術人員和廣大員工提供了形象直觀的廠區操作環境，提高了監測管控、調度決策、安全應急等業務的科學化水平。

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篇6

【Abstract】In the process of the construction of digital city， 3D spatial data has been widely used in overall planning of the city ，municipal construction and city traffic. Based on this， this paper firstly introduces construct methods commonly used of three-dimensional modeling， then taking a digital city construction project as an example ， studies the 3D modeling based on the digital photogrammetry.

【關鍵詞】數字攝影測量技術；三維建模；數字城市

【Keywords】digital photogrammetry； 3D modeling； digital city

【中圖分類號】P232 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0185-02

1 引言

城市化進程的加快促進了數字城市的建設與發展，人們逐漸加強對三維建模精確性與實效性的重視。三維建模為數字城市建設提供科學的數據基礎，具有很強的直觀性。

2 三維建模的構建方式

作為建設數字城市三維地理信息系統的關鍵，保證三維模型具有良好的精度，并且提高建模效率對于三維地理信息系統作用的發揮、保證建設周期具有重要意義。通常使用的建模方式包括如下幾種。

2.1 航空攝影測量

使用該技術，能夠創建立體環境，實現三維模型數據的位置、高度、形狀信息的快速與準確獲取。然后結合外業紋理采集與正射影響屋頂信息能夠進行精細三維模型的構建。完善的DEM與DOM數據生產技術路線能夠進行三維場景中地形數據的快速與準確重建，將城市風貌展現出來。

2.2 機載激光雷達掃描

使用該方式能夠實現城市建筑與地表模型的快速獲取，但是獲取到的數據量具有一定的規模性，提升了數據的處理難度，需要采取相對麻煩的人工措施才能將其中有益的信息提取出來。另外，該種方式的三維建模中不能將建筑物色彩與紋理呈現出來。[1]

2.3 使用二維資料

立足于建筑規劃的圖紙，提取其中的二維資料，使用合適的軟件如AutoCAD等進行三維模型數據的建立。該種方式進行數據收集時需要進行大量工作，并且不能保證數據具有時效性。另外，針對建筑物頂部存在的紋理盲區，也需要進行大量工作才能獲取高程數據。與機載激光雷達掃描方式一樣，不能將建筑物色彩與紋理呈現出來。

3 基于數字攝影測量技術的三維建模

3.1 基于數字攝影測量技術的三維建模優勢

獲取、處理與分發數據均為數字形式，并且能夠通過計算機實現攝影測量中全部流程；數字攝影測量技術能夠幫助設計人員進行目標建筑物的幾何空間與高程數據的快速構建，并且精度高、快速成像；地面建筑能夠實現達到cm級別的空間幾何精度，降低數據更新的難度，能夠在規模較大的工程項目中應用，能夠為建設數字城市與地球建立基礎的數據框架；相較于使用計算機制作動畫與景觀模擬，基于數字攝影測量技術的三維建模能夠在目標建筑物具有的實際地理坐標下進行真實三維景觀模型的構建[2]。在該種模型中，建筑物中各元素之間的空間相對位置與實際情況是一一對應的，并且能夠對其中的任意點測量三維坐標，能夠達到測繪要求的精度級別。

3.2 基于數字攝影測量技術的三維建模方式

論文將某數字城市的三維建模方式作為實際進行分析，該城市基于數字攝影測量技術的三維建模技術線路如圖1所示。

3.2.1 航空攝影測量

論文所舉的項目實例中使用DMC進行航空攝影，能夠取得相關影像資料，與實地比例為1∶5000，地面的分辨率為0.06m。使用航天遠景技術中的軟件對獲取的影像資料、外業像控資料進行空三加密處理，從而獲取三維建模中需要的外方位元素c加密點的具體坐標。

3.2.2 DEM的建立

DEM即為數字高程模型，是進行數字城市建設中不可或缺的信息之一。在該項目中使用航天遠景技術中的相關軟件在經過空三加密的數據基礎上進行立體模型的自動生成，并對相對與絕對定向精度進行檢查，生成5m格網的數字高程模型文件。按照作業指導手冊上相關規定在匹配窗口中編輯等視差曲線或者等高線，保證其中全部曲線與地面相貼緊，最后能夠生成數字高程模型，并檢查、處理其接邊。

3.2.3 DOM的生成

DOM即為數字正射影像圖。數字攝影測量技術能夠糾正、鑲嵌與裁切正射影像。將數字高程模型與數字正射影像圖進行疊加，能夠得出數字三維景觀。在該項目中，先對數字高程模型進行接邊處理，然后對其進行糾正，再使用航天遠景技術進行進一步的處理，再進行裁切。

3.2.4 TDOM的生產

TDOM即為真正射影像圖，屬于DOM中的一種。相較于普通的數字正射影像產品，在三維建模中使用的全部背景圖糾正了所有建筑物的中心投影，避免出現投影差。使用數字攝影測量技術，能夠實現立體環境下幾何特征的收集。在進行三維建模背景圖的制作中將攝影測量系統采集的關于建筑物的矢量數據作為數學基礎，通過該數據再次對正射影像的數據進行糾正，能夠將建筑物投影差消除[3]。

3.2.5城市真實三維景觀模型的構建

制作基礎模型。將建筑物的分類標準作為標準，采集平面幾何與高程數據，精度要求為平面幾何位置小于50cm，高程精度小于80cm。然后使用合適的軟件進行三維模型的生成；提取屋頂紋理。按照相關要求處理原始影像后，在功能合適的軟件幫助下匹配影像與基礎模型，保證精度的合格，然后軟件能夠對屋頂的紋理進行自動提取；采集外業紋理。按照相關規范要求，對一定范圍中全部的外業紋理進行采集。使用相機對所有建筑物的外部輪廓進行記錄；制作三維模型。在該項目的信息系統中，將三維模型分為地形、建筑、道路、植被、市政基礎設施等模型類型，從精度上分為精細與標準兩種級別的模型。在該項目中三維建模規模很大，要求建模具有較高的效率與質量較好的數據；整合城市的三維場景。使用相關工具軟件，優化與DOM、DEM與精細場景，能夠進行城市三維場景的整合[4]。

4 結語

論文通過使用項目實例對基于數字攝影測量技術的三維建模進行研究，證明該種建模方式具有很強的優勢。在使用該種技術的過程中，仍然存在很多亟待解決的問題，需要行業中人員進行持續探索。

【參考文獻】

【1】趙麗梅.基于數字攝影測量技術的三維建模方法探討――以數字沈陽三維建模為例[J].中國高新技術企業，2015（2）：19-20.

【2】黃榕，林涔涔，武佳，等.基于攝影測量技術的三維仿真模型建模方法研究[J].福建建筑，2016（10）：107-109.

篇7

論文關鍵詞:虛擬現買技術 培訓 作用

論文摘要:我國石油行業發展迅速，職工的素質直接影響到石油企業的效益及安全生產狀況，因此，企業對職工的技術要求越來越嚴格。鉆井模擬器采用基于虛擬現實的虛擬制造技術，開發過程運用多種先進的計算機技術，并結合了鉆井工程的實際工藝，改變了原有的鉆井培訓方法。作為針對油田具體情況開發的新型培訓系統。鉆井模擬器有著積極的意義。本文重點分析了該系統的開發過程，詳述了虛擬現實技術在油田培訓鉆井井控人員過程中的作用。

1．引 言

我國石油行業的發展與現場地質情況等密不可分，充滿著危機和挑戰。對于員工的能力和安全意識要求很高，傳統的進場培訓有一定的局限性，例如：職業培訓效果是否良好主要依賴于教師的水平，培訓過程沒有明確統一的評價標準，針對性差，沒有可重用性等?？梢妭鹘y的培訓技術不但受時間、空間的限制，而且在人力、資源、經費、組織實施等方面都存在很大問題。尤其對于危險作業或不具備實驗條件的高級培訓，傳統的培訓方式更是難以實現。傳統培訓模式的局限性制約了人們所期望的培訓質量和培訓效率，滿足不了現代社會的需求。

鉆井模擬器采用虛擬制造技術的概念，開發過程基于現代計算機控制技術、計算機仿真技術、計算機圖形技術、計算機網絡技術，并結合了鉆井工程的實際工藝，改變了原有的鉆井培訓方法。它為用戶提供了起下鉆、鉆進、井控和鉆井事故及復雜情況處理等作業的操作過程模擬，主要用于鉆井司鉆、鉆井技術人員的操作培訓和安全培訓，并為學員培訓考核提供了教師評分系統，解決了傳統培訓過程中客觀上無法解決的技術難題。作為新型的針對油田具體情況開發的培訓系統，鉆井模擬器有著積極的意義。

2．基于虛擬現實技術的虛擬培訓

該設備是以控制為中心的VM設備，主要用于鉆井人才的培訓。這套虛擬培訓設備運用虛擬現實技術 ，真實生動的模擬了鉆井工藝流程的細節。學員能夠通過對仿真鉆機設備的操作，直接觀察到鉆井平臺上的活動以及操作結果，最終達到讓培訓人員掌握正確操作過程的效果。虛擬培訓有以下特征：

2．1 仿真性

在虛擬現實技術支持下，虛擬培訓設施與真正的培訓設施功能相同，操作方法也一樣，學員通過虛擬培訓設施訓練技能與現實培訓基地里同樣方便。這是因為虛擬培訓環境無論是現實的環境還是構想的環境，都是虛擬的但又是逼真的。理想的虛擬環境應該達到使受訓者難以分辨真假的程度。

2．2 開放性

虛擬培訓環境可以為所有受訓者在任何時間、地點提供各種培訓的場所。實際上，虛擬培訓環境的內涵是廣泛的，它不同于傳統的培訓基地概念，它具備可以進行類似于傳統培訓項目的環境，但更擅長的是使學員置身于培訓項目對象中的逼真環境。凡是受訓者可以通過有關器具操作，來學習或訓練某種技能的虛擬環境，并都歸之于虛擬培訓環境。

2．3 超時空性

虛擬培訓環境具有超時空的特點，它能夠將過去世界、現在世界、未來世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界幻想世界等擁有的物體和發生的事件單獨呈現或進行有機結合，并可隨時隨地提供給學員進行培訓。

2．4 可操作性

受訓者可通過使用專門設備，用人類的自然技能實現對虛擬環境的物體進行操作，就像在現實世界中一樣。

2．5 對應性

學員的培訓內容與虛擬環境是密切對應的。例如，學員要學習飛行器駕駛技術，那么虛擬環境就是飛行器飛行的模擬環境。對應性將能為受訓者設定各種復雜的情況，以提高受訓者的應變能力，從而使得他們在實際環境下能得心應手的處理各種情況。另外，虛擬現實技術能按每個學員的基礎和能力，對應性的開展個性化的教育培訓。

3．鉆井模擬器視景仿真系統的分析與設計

計算機圖形學是研究現實場景計算機顯示的科學，也是利用計算機處理人類所能看見的圖景的手段和方法。視景仿真技術是以計算機圖形學為理論基礎的三維模型動態顯示技術，基本原理是：根據觀察點及觀察方向對場景進行實時計算和實現，并做到對三維復雜環境中物體運動的實時交互控制，產生良好的動畫效果。實現三維模型視景的實時動態顯示，一方面要求計算機硬件有高速運算能力和很強的三維圖形處理功能；另一方面還要求在算法和軟件上有所發展，以便在硬件平臺上取得更好的實時動態顯示效果。視景仿真系統是鉆井模擬器的重要組成部分，它提供給用戶一個三維的真實感視覺環境。

3．1 鉆井模擬器視景仿真系統分析

鉆井模擬器在虛擬培訓過程中需要模擬井場環境和操作結果，這就需要視景仿真系統根據鉆井模擬器司鉆控制臺的操作過程，實時模擬出井場環境的變化和司鉆、井控操作對鉆井過程的影響。在現實的司鉆和井控過程中，操作錯誤和地質環境變化都是事故的誘因，在鉆井模擬器視景仿真系統中也模擬了事故發生過程和事故排除的情況。實時地顯示鉆井過程中的數據，計算參數。根據司鉆臺操作的具體行為，依照物理模型和數學模型來模擬設備運動的過程，使得鉆井模擬器視景仿真系統的三維動畫過程更貼近現實。

鉆井模擬器視景仿真系統需要對井場設備、自然環境、井下情況進行實時的動態模擬，使培訓者在培訓過程中除了學習操作知識 ，還能更有效、直觀的學習到理論知識。硬件設施和三維圖形軟件的結合實現了虛擬模擬系統 ，培訓人員能夠通過這套虛擬培訓設備完成所有鉆井工作人員所需要的專業知識和實際操作技術。

3．2 實時場景系統組成

根據鉆井模擬器視景仿真系統的需要，開發過程在Windows xP平臺上，建模部分使用3D MAX完成機械部件的模擬，模型的管理由3D Explorer~成，并實現模型數據文件的轉換導出。程序對模型的控制由C++Builder6．0實現，整個開發過程基于OpenGL2．0。

鉆井模擬器視景仿真系統的實時場景組成包括以下幾個部分：三維圖形實體模型、鉆井模擬器視景仿真系統控制程序、GLSL編寫的渲染效果。

在整個組成部分中，最重要的是鉆井模擬器視景仿真系統控制程序，在程序中完成了以下工作：場景初始化、工藝動畫控制、與主控機通信、參數顯示、碰撞處理以及特效渲染。

場景初始化：由于鉆井工藝的復雜性和虛擬培訓的操作性，每個作業當前場景都有所不同。在一個新的作業開始前，圖形程序在接收到控制機發出的作業指令后初始化當前場景，例如：鉆井平臺上各操作部件當前的數量、狀態以及位置。

工藝動畫控制：在完成規定工藝作業的過程中，司鉆控制臺做出的每一個動作都將轉換成數字信號傳遞給主控機，再由主控機發送協議數據給圖形程序，圖形程序得到參數后，做出具體反映。在圖形機上體現出鉆臺上各種控制系統的運動參數、具體動作、視圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視圖顯示等)等。

與主控機通信及參數顯示：主控機的設計主要由鉆井模擬器設計的需求決定，由于這套儀器主要用于虛擬培訓 ，教師和學生之間有教與學的關系，主控機能夠提供給教師一個教育平臺，提供作業調度、控制、評分等功能，與此同時，傳遞司鉆控制臺上發來的各項數據，并把與操作有關的數據發給圖形機，即鉆井模擬器視景仿真系統，兩方通信，傳遞參數并進行數據處理，在屏幕上顯示操作過程中需要操作者了解的參數值。

碰撞處理：在三維圖形的運動仿真過程中是不允許有“穿墻而過”的狀況發生的，因此要對運動物體作碰撞檢測的處理。為了遵循模型運動的真實感，鉆井模擬器視景仿真系統當然也包括碰撞的檢測與處理部分。

渲染特效：實現對火焰 、氣泡 、液體噴涌效果的模擬，使用GLSL實現電影級的光照效果，可以分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模式，大大地提高了圖形效果和真實感。

3．3 鉆井模擬器視景仿真系統設計

一個性能優越、功能完備的系統需要在設計階段就進行詳細的設計規劃。這樣，在后期的開發過程中才能完成高質量的軟件項目。鉆井模擬器視景仿真系統的設計遵循面向對象的原則，在系統的穩定性、可擴展性和兼容性等方面都有突出的表現。

3．4 系統特點及設計目標

鉆井模擬器視景仿真系統要求有以下特點：

1)可以生成高質量的圖形，實現實時的可控動畫。

2)圖形的生成快速穩定，對圖形硬件要求不高。目前，系統配置為NVIDA6800，NVIDA6系列以上顯卡都可以實現高質量的圖形動畫。

3)提供給用戶多角度、多視圖的工作窗口，方便用戶定位觀測，在操作過程中既能觀察整個場面，又能集中觀察工藝作業下重要部件的工作過程。

4)建立模型細致、真實 ，宏觀模型和微觀模型通過軟件和程序分別建模，真實感程度高。

經過分析鉆井模擬器視景仿真系統的系統特點后，設定該系統要達到以下目標 ：

可擴展性：對于新模型、新器件、新工藝的增加，方便快捷，可以在短時間內完成對系統的擴展。

兼容性 ：系統可以用于Windows2000／XP平臺，兼容于各種圖形加速硬件。

敏捷性：圖形生成迅速、穩定，一般的圖形加速硬件既可滿

足要求；系統應達到反應迅速、操作靈敏的功效。

3．5 基于面向對象的系統設計

鉆井模擬器圖形系統的設計是基于面向對象的，系統規模較大，設計復雜。基于在鉆井工藝中涉及到的物體較多，并且各個物體在不同的方面有不同的特性，因此在設計之前，應確定設計類的準則。對本系統而言 ，這里關心的是用物體如何展現工藝流程 ，所有類的設計應該圍繞物體的動畫功能需要來進行。

在鉆井各工藝流程中，大鉤、鉆桿等物體是系統動畫的載體，具有物體自身的方法和屬性，因此 ，可以將其封裝成類。根據圍繞物體的運動功能來設計類的思想 ，將液壓大鉗和液壓大鉗的活塞、吊卡的主體和活頁設計成不同的類，這樣設計不僅可以使動畫更加逼真，還能提高系統靈活性。

篇8

虛擬現實技術可利用計算機產生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創造了一個實時反映實體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點。利用虛擬現實技術創建出逼真的礦山工程環境對優化系統設計具有重要的實用價值。

為了給用戶創建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環境，必要的條件就是根據需要能在虛擬現實系統中逼真地顯示出客觀世界中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實對象酷似，而且要求在形態、光照、質感等方面十分逼真。

目前，相關軟件發展迅速、種類較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。

1．1模型構建軟件

MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設計、交互式游戲等。它在滿足實時性的前提下可生成逼真的場景，可進行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細節、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優先級、自由度設置等高級功能使得其數據格式OpenFlight在實時三維領域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數據與AutoCAD和GIS軟件結合方便。

1．2支持視景生成的語言——OpenGL

應該使用已有的商品化或標準化的圖形庫和程序設計語言來設計與實現虛擬環境，其中OpenGI(服務器)及其支持系統就是這樣一種可選用的圖形生成環境。OpenGI可按函數庫的形式被C語言調用，也可以被窗口系統直接調用。OpenGI是使用專用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個過程函數組成，用以支持用戶對高質量三維對象的圖形和圖像進行操作。

()penGI指令的模型是客戶／服務器模式，即一個程序(客戶)提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術，該技術提供了生成動畫效果圖形所需要的機制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運動。

1．3視景漫游軟件

Vega是MultiGen--Paradigm公司開發的應用于實時視景、聲音仿真和虛擬現實等領域的高性能軟件環境和開發平臺，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數并建立對象之間的相互聯系。

2地質構造情況的模擬

對于礦山技術人員來說地質構造情況非常重要，如果對煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現不直觀易懂，則在建井或生產過程中就可能發生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經濟損失。應用虛擬現實軟件可以根據地質體的三維分布，使礦井的規劃設計更加直觀方便。

綜合國內外現狀，三維地質體的繪制有塊段、表面、實體和斷面建模法等。

MultiGenCreator中需要的曲面數據是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式，將其導入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質體更加逼真。

3地形地貌及地物的模擬

地形地貌和地物的建立需要相應的三維數據。如果有研究區域的紙質地形圖，可以用掃描數字化的方法得到平面數據，按照圖上的標注得到高程數據；如果已有該區域的電子地圖，則可直接使用或通過數據格式轉換得到需要的數據；如果沒有上述數據源，則需要由野外測量獲得。

地形生成與地質曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點進行數字化，把圖上標注的高程值輸入到屬性表中，生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式將其導入Creator生成三維地形。

對于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進行數字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復雜，則需要分成規則的幾部分進行構建。

4礦山井下巷道建模

目前，礦山信息主要是通過CAD格式的雙線采掘工程平面圖來表達。首先根據采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時將高程信息賦予每個節點，實現巷道的單線顯示，井筒和巷道設計要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質構造，盡量減少礦井建設和生產地面的影響。

使用MultiGenCreator進行設計，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進行模擬生產，以發現生產中可能遇到的問題，對設計方案進行比較和選擇。設計方案完成后可模擬不同設備、不同開采方式的生產系統進行生產，從而達到優化礦井設計和生產系統的目的。綜合考慮地質和技術條件、經濟、環境等各種因素，選擇合理的方案。

5虛擬巷道系統的建立

虛擬巷道系統是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務之一是實現基于web環境下的可交互的、真實巷道的三維可視化表達，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環境進行任意的瀏覽和觀察，并可通過網絡進行各種交互。

5．1礦井巷道的建模

礦井中各種實體大多是三維實體，其表面為不規則曲面，且內部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個不規則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經地表勘查、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實體模型，可通過將現有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規范轉換為系統可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構建三維礦井巷道模型，首先應進行簡單的坐標轉換，這是因為MuhiGenCreator中采用的坐標系和地學中實際采用的坐標系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標系為符合右手規則的空間坐標系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區的中作為其坐標系的圓心，基底坐標為XOZ面，y表示高程。其坐標長度以米為單位，標準角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學坐標系保持一致，應將原來礦井三維實體的(，Y，：)坐標轉換為MuhiGenCreator坐標系中的(，Y，Z)。轉換后的三維實體坐標應滿足虛擬場景中所采用的局部坐標系顯示的需要。由于礦井實體坐標的數值一般相當大，而實際顯示坐標值的前幾位高位數據對圖形形狀不產生任何影響，因此可將地理坐標數據各分量同時做一預選。

5．2虛擬巷道場景的繪制

對于規則格網構成的礦山地表模型及礦井實體的頂底板數字表面模型，可用ElevationGrid節點構建。該節點能很容易有效地設計創建一個位于局部坐標系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標量陣列描述，陣列指定了表面每個格網點上的高度。和z方向的柵格點數量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個柵格點的海拔高度，基底上的每一個柵格點都與height矩陣中的一個海拔值相對應；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節點的每個頂點上(TRUE)，還是應用到每個四邊形上(FAISE)；此外，通過建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當作實體。

對于由不同的三角面構成的復雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節點IndexedFaceSet來創建，它有coord與coordlndex兩個域，與IndexedFaceSet節點中的兩個域類似，前者提供了一個節點，列出了構造面幾種所有面的坐標。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個值都是整型索引，并且每個索引都指定了在coord域內的坐標列表中的一個坐標。在實際的創建過程中，要求建立三角網的各個三角面按照法線方向向外的法則。

6結語

應用虛擬現實技術，生成一個逼真的礦山虛擬環境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設計或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環境下直觀審視礦山，按照設計給定的工藝方法和參數，選擇設備及確定生產模式。從基建到閉坑的全過程實時監控，發現問題進行實時修正。設計結束后，設計單位、礦山企業可向審查者、公眾展示一個三維和動態的礦山?？傊摂M現實技術在礦山設計、技術改造、生產中可廣泛應用。

參考文獻：

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[4張瑞新、任延祥．虛擬現實技術及采礦工程中的應用．《中國礦業大學學報》，1998(3)：27

篇9

【關鍵詞】柔性制造系統；教學實訓；仿真軟件；自動化設備

【中圖分類號】TS736

一、研究背景

柔性制造系統（Flexible Manufacturing System，簡稱FMS)是指在批量加工中以先進的自動化和高水平的柔性為目標的制造系統。隨著社會對產品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，FMS發展頗為迅速。并且微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發展也促使柔性制造技術日趨成熟。

MET-3機電氣一體化實訓裝置具有模擬工業自動化生產線貨物加工分揀過程的功能,可完成貨物識別、搬運、分揀、加工、裝配、出入庫及管理等任務。裝置主要由PLC控制模塊、變頻器模塊、傳感檢測單元、氣動機械手搬運單元、井式供料塔單元、加工裝配單元、氣動控制單元、觸摸屏單元、自動化倉庫單元等組成。各機構能夠通過位置及功能的變化進行重組，構成多工位加工系統，多工位裝配系統，物流倉儲系統，從而組成柔性生產系統。使實訓裝置的培訓內容從基本模塊到柔性自動化生產線，逐步完成由簡單、基礎的訓練到復雜、綜合的培訓。

二、教學軟件系統設計與構成

1、仿真軟件開發目的

依據MET-3機電一體化實訓裝置為原型，定制開發《MET-3教學實訓仿真軟件》。軟件系統開發體現實訓仿真與課程教學并重的設計理念，在具備機械結構拆裝、電氣控制原理、運動模擬等仿真實訓功能。建立《自動化設備及生產線調試與維護》課程資源庫，包含有工具使用講解、元件介紹、運行演示視頻、電子課件、電子工作頁、電子圖書、編程軟件等相關素材，為輔助專業教師教學及學生自主學習搭建平臺。

2、仿真軟件的功能

仿真軟件共分為助教類功能和實操類功能，形成教學做一體的實訓仿真軟件。

1）助教類功能

助教類功能設有工具箱、零配件庫、設備運動展示資料、教學資源平臺。

(1)工具箱功能欄中對每一種工具都進行了工具介紹、實物展示、三維展示、操作演示和使用規范。通過視頻的方式教會學生去使用工具。

(2)零件庫功能欄中包括每一個模塊的機械零件和電子元件，對每一個零件或元件的結構、相關知識以及該零件在柔性制造系統中的作用都進行了詳實的介紹。

(3)設備運行展示功能欄提供了柔性制造生產線各模塊及整站的拆裝視頻和運行展示視頻，可供學生查看，滿足不同學習程度學生對實訓的需求。

(4) 教學資源平臺功能欄中建立《自動化設備及生產線調試與維護》資源庫，包含有電子課件、電子工作頁、電子圖書、編程軟件等相關素材，為輔助專業教師教學及學生自主學習搭建平臺。

2）實操類功能

實操類功能設有機械拆裝與電氣控制兩大部分。按模塊和整站兩種模式選擇實訓項目。教師調取典型項目布置實訓任務，并在實訓結束后查看學生的實驗結果，做出評價。

三、仿真軟件的教學及應用

本教學軟件將應用于機電技術應用專業《自動化設備及生產線調試與維護》專業方向課程的教學。仿真軟件為教師提供了一個快捷、簡約的教學平臺，將課程涉及的傳感器技術、電機控制、液氣壓傳動、PLC技術等相關知識直觀的在理論原理講授和實踐操作教學相結合，讓學生快速掌握理論知識和操作要領，輕松接收教師所授的知識點，避免不必要的誤區，提高教學效果，減少設備損耗。

1、逼真的三維建模和動畫演示提高學習效果

根據MET-3機電氣一體化實訓裝置實體，建立三維模型，并應用3D渲染技術，模擬一個柔性制造系統實訓室的工作場景。場景中有專用的工具擺放區、零件擺放區、工作操作區。柔性制造設備具有3D展示功能。結合后臺的電路搭建，設置系統中所需要的參數和PLC控制程序，保證了仿真軟件操作與實際設備運行的一致性。

2、自由搭建電路氣路，激發學生自主探究

軟件控制電路模塊的元器件和三維實體工作場景的執行機構一一捆綁對應。從元器件庫中選擇所需要的相關元器件放置在電氣控制界面中，用導線根據需要連接各種電路元器件，用管道連接各種液氣壓元器件搭建所需要的控制系統，并且可根據需要對元器件的參數進行修改?？梢詫Υ罱娐返碾妷?、電流，液路和氣路的壓力等進行實時檢測。教師可對控制線路、電氣元件的故障進行設置，讓學生根據出現的故障現象，完成故障檢測修復訓練。降低硬件設備的損耗，減少硬件設備的重復投入。

3、軟件功能拓展，豐富教學資源

本軟件具備ActiveX控件功能。ActiveX控件功能使軟件與IE瀏覽器、PowerPoint建立對接接口。教師可以通過使用PPT和本軟件自由搭建各種控制系統，編制各種富有個性化的、具有人機交互功能的大型電子教程。此功能不僅豐富了教師信息化教學方法，而且為實現學生登錄校園網進行課后練習提供了技術保障。

4、模擬FMS工作場景，加強職業素養培養

軟件中設計自動化生產線安全操作的指導及職業崗位要求，并植入相關企業文化。為了調動學生的積極性，設計電氣控制和機械拆裝的闖關模式。

四 結束語

《MET-3教學實訓仿真軟件》的開發改變了在傳統教學中無法實現的教學效果，讓抽象難懂的知識變得形象生動。為使軟件進一步完善，升級版本將擴展軟件新功能。如建立考核評價系統，根據考核項目，學生在完成考核項目的整個操作過程，自動統計并學生的實訓成績，教師可對學生的實訓做出評價和批語。經過教學實踐，教學軟件的投入使用不僅增強了學生運用知識的意識，充分發揮了學生自主探索式學習，更重要的是提高了學生的工程實踐能力，取得了良好的教學效果。

【參考文獻】

[1]丁國富.虛擬柔性制造系統仿真研究[J].學術動態,2006,(1):1-3

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論文關鍵詞：虛擬現實  谷歌地球  旅游

論文摘要：在旅游信息網站中，利用虛擬現實技術進行景點展示取得的效果比使用文字和圖片更生動。目前利用虛擬現實技術進行場景展示的3種主要方式為單機仿真軟件、Web3D和全景圖。該文提出一種利用 Google Earth技術進行在線場景展示的方法，綜合上述方式的優點，實現對大場景的加載、Internet對接以及與全景圖的組合。該方法利用 Servlet返回動態 KML，激發 Google Earth啟動并顯示場景。利用KML控制地標顯示、地標說明圖文和 3D模型加載。通過說明圖文中的超鏈接，讓地標鏈接到全景圖網頁或Servlet，以返回3D模型數據。

1 概述

隨著信息化工程的推進，網絡信息技術被廣泛用于旅游業。在很多現有旅游網站的旅游地介紹中，通常包括行車路線、景區展示等內容。在景區展示中，多數旅行網都使用傳統形式，即文字和圖片。隨著 IT技術的發展和進步，已出現比圖片更直觀且生動的展示方式，即虛擬現實。虛擬實現把場景做成三維計算機模型，通過交互方式實現場景漫游和瀏覽。與圖片相比，虛擬現實具有以下優點：(1)能全方位觀察場景，整體感強；(2)具有交互性和沉浸性，使用戶能產生 “虛擬游歷”的感覺。對于訪問旅游站點、查找旅游信息的人，虛擬現實可以給予他們更有趣的體驗，使其積累更強烈的參與旅游的愿望。因此，虛擬現實景區展示在國內外已成為研究熱點。

原有 “虛擬游歷”方案可以歸納為以下 3類：(1)用基于單機或圖形工作站的三維仿真軟件構建場景，實現漫游，該方法能運行大場景 ，但其仿真軟件沒有與互聯網掛接，構建的仿真場景只能單機使用，無法到網絡；(2)利用一些傳統Web3D技術，如VRML，構建一個三維場景實現瀏覽該方法適合較小的場景，它對大場景的處理很粗糙；(3)全景圖技術 J，它對單點的效果較好，但交互時不能走動，整體感不佳。

2 虛擬景區實現方案

2．1 Google Earth簡介

GoogleEarth是Goolge公司于2005年推出的一款集衛星影像、GIS、虛擬現實于一體的數字地球軟件。在 Google數字地球中，可以看到世界各國的衛星影像圖，其精度較高。Google Earth具有豐富的 GIS功能，包括地形、路網、區域邊界、餐館旅店、機場、學校等位置的矢量信息。Google Ear可以通過 KML語言進行地標管理，通過地標管理功能，可以加載自己制作的3D模型并漫游 。

2．2 數據制作與KML

可以用 Google Earth的一個外部模塊一一sketchup制作Google Earth 3D模型。SketchUp支持普通幾何體建模、CA導入、紋理處理等功能，且簡單易用。

模型加載后，Google Earth把模型、插入的坐標、視點坐標等數據看作一個地理標志，稱為 “地標”，能保存為一個KML格式文件。KML是一種基于 XML語法和文件格式的標簽語言，專門用于描述和保存地理信息，如點、線、圖片、折線，并控制 Google Earth顯示效果。Google Earth客戶端是一個 KML文件瀏覽器。

2．3 基于Servlet和Google Earth的虛擬景區實現方案

一般情況下，Google Earth和網頁瀏覽器(如 IE)是互不相關的 2個程序。用戶瀏覽網頁時，Google Earth不會啟動。在一個需要用虛擬現實方式展示場景的旅游網站，可以利用KML作為中介實現場景啟動，如圖 1所示。

 

用 JSP編寫網頁，獲取景點地名后，交由一個專門實時生成 KML的Servlet處理。在 Servlet中，可以利用 PrintWriter根據需要實時回寫數據。例如，若需要返回的 KML文本為

對于一個完整的 3D場景，返回的 KML代碼比上述例子稍復雜，例如以下 KML代碼：

上述 KML代碼的含義是使 Google Earth加載一個地標，連接模型文件為網絡上的mode1．dae，加載的地標放在經度為11 3．27、緯度為 23．19的地方。相同視點的位置也在該處。 KML詳細語法說明可以參考文獻。

2．4 Google Earth與全景圖的組合

在仿真應用中，不是所有場合都適合做成 3D場景。很多人傾向于把景點拍攝制作成全景圖。全景圖不能全方位漫游，但其逼真度高、制作過程較簡單。

 

可以利用 KML使 Google Earth與全景圖相結合。方法是插入一個沒有三維模型的地標。每個地標都可以配有說明圖文。說明圖文支持網頁格式，可以在網頁中加入超鏈接，如圖 2所示。點擊超鏈接可以激發網頁瀏覽器(如 IE)打開鏈接網頁。該網頁可以嵌有全景圖虛擬現實場景。通過 GoogleEarth地標就可以打開全景圖場景，如圖3所示。

 

3 實例

圖 2～圖4描述了一個基于 Google Earth的旅游景點景觀展示的應用實例。用戶先訪問旅游網站的介紹頁面(圖 2中的IE界面)，點擊網頁中的一個 “景觀漫游”按鈕后，IE新開一個會話訪問后臺的Servlet。Servlet向客戶端返回包含地標的KML?？蛻舳?IE接收到 KML后，將提示下載還是打開，選擇 “打開”，Google Earth就會被激發啟動，并根據該 KML加載地標、定位視點。在 Google Earth中，點擊每個地標都會彈出簡要的圖文說明，如圖2中的Google Earth界面。不同地標鏈接不同景點的虛擬場景，且實現方法不同。例如， 點擊 “天河體育中心”的說明圖片，可以打開如圖 3所示的網頁，即天河體育中心的全景圖虛擬場景頁面，在該頁面中，可以通過鼠標或鍵盤改變觀察角度，從各個方向觀看場景。 地標 “新電視塔”的處理方法有所不同，點擊其說明圖文中的超鏈接后，將轉向網站后臺的 Servlet，此時Servlet返回一個加載 3D場景的KML?？蛻舳?IE收到 KML后，根據 KML下載 3D模型并加載，并移動視點到 3D場景的位置，如圖4所示。在該場景中，用戶可以進行任意 3D 漫游，觀看仿真的 3D場景。

4 結束語

使用 Google Earth技術進行旅游景點場景展示，可以把網頁、衛星影像圖片、全景圖虛擬場景、3D虛擬場景等各種數據整合在一起，是一種有效且靈活的場景展示方法。

參考文獻

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