三维仿真论文范文
时间：2023-03-15 02:43:49
导语：如何才能写好一篇三维仿真论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
当前，仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具教育学论文，它广泛用于工程领域和非工程领域。高职院校的物流实训中心大多数是基于软件模拟的物流实训室，这类实训室是以物流软件模拟来搭建物流模拟平台，如仓储管理软件、运输管理软件、ERP、MRP、国际货代软件、TPL软件或基于上述几个软件集成起来的供应链软件等；然而对于基于设备的物流实训室来说，由于资金等方面的限制，比较先进的设备还尚欠缺教育学论文，这就造成了学生对立体库、高速分拣机、巷道式堆垛机、AGV、码垛机器人等先进的物流设备缺乏足够的感性认识论文格式模板。三维虚拟仿真技术等够对仓库、配送中心、企业生产线等进行简单的建模，能够加深学生对各种物流设备的认识，帮助学生理解工业、企业、生产线的布置与产出平衡、物料需求计划、企业资源计划等相关知识，更好地找出生产瓶颈，加深对现代化立体仓库、配送中心的了解。因此三维虚拟仿真技术在教学中的应用教育学论文，对于学生更好地学习物流专业理论知识、培养相应的职业技能是大有裨益的。
一、三维虚拟仿真技术概述
三维虚拟仿真（3D Virtual Simulation）就是利用三维建模技术，构建现实世界的三维场景并通过一定的软件环境驱动整个三维场景，响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应，并在三维环境中显示出来。三维仿真的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具、系统集成技术等论文格式模板。该软件提供了原始数据拟合、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行仿真的实验、对结果进行优化、生产3D动画影像文件等功能。
利用三维虚拟仿真技术教学具有以下优点：
1、教学内容视觉化
2、学习中的交互性好
3、沉浸感真实感强
二、三维虚拟仿真技术在物流教学中的应用
基于青海交通职业技术学院物流实训中心3D实训室的应用系统及操作流程。
1．开机步骤
开机顺序依次为：
2 AP转换器（数量两台）：
按下电源按钮教育学论文，
2 工作站（数量两台）
2 投影机（数量四台）
进入控制工作站，进入中控程序，点击投影机控制，选择开
等投影机启动完毕后再进入下一步
2 边缘融合机（数量两台）：
按下电源按钮
关机顺序依次为：
立体图像工作站——边缘融合机——AP转换器——投影机——控制工作站
2．基本操作设置
立体图像工作站设置
（1）多显示器设置
鼠标在桌面上右键
进入NVIDIA控制面板
点击设置多个显示器
设置作为一个大水平桌面（水平平移模式）
显示的结果是，显卡双头输出两个通道的桌面。
（2）分辨率设置
单屏分辨率1024×768教育学论文，重叠像素为192
整体分辨率为1856×768（含边缘重叠区192个像素）
重叠像素设置图如下：
立体设置为管理3D设置里面，基本设置，选用立体启用
3 .基本演示操作
（1）立体电影
检查左右眼是否正确？
2 将图像移动分别移动到第一个通道和第二个通道进行检查论文格式模板。
如果第一个通道和第二个通道都不正常，点击一下软件里面L/R
2 如果图像只在第一个通道出现左右眼反的现象？
在第一台AP转换器后面的绿色按钮按两次切换左右眼
2 如果图像只在第二个通道出现左右眼反的现象？
在第二台AP转换器后面的绿色按钮按两次切换左右眼
（绿色按钮按两次表示切换左右眼）
（2）NVSG演示软件
同样观看立体是否正常，可以通过软件切换左右眼
（3）VEGA演示软件
同样观看立体是否正常教育学论文，可以通过软件切换左右眼
4系统连接图如下
5投影机图像不正确的调试方法
（1）首先检查画面比例是否正确
再点击高级：
水平位置和垂直位置，如图所示。
6融合机出现故障处理方法
出现基本问题首先重新启动融合机来解决
如重新无法解决可以采取如下步骤：
（1）找到是那台融合机出现的问题，并接入键盘鼠标
（2）ALT+F4退出融合服务软件
（3）点击桌面上的blend文件夹
（4）复制setting.cfg文件到其他地方
（5）将备份的该文件copy到blend这个文件夹下面
（6）双击STEREO_CAP程序
（7）按ESC，再点击开始扑捉、全屏幕、下一次开机启动，保存设置、开始
（8）重新启动
7注意事项
（1）投影机开启后遥控器上的auto、aspect两个按键不能按教育学论文，正常使用情况下不需要遥控器；
（2）投影机机械结构不能轻易触碰
（3）屏幕位置不能挪动，屏幕表面不能触碰，灰尘可用干净的柔软布沾水擦；
（4）投影机关机后不能立即断电，同时投影机电源需接入UPS稳压电源，UPS后备电池时间不小于10分钟；
（5）不能随意拔插设备连接线缆；
（6）立体工作站显卡、立体、分辨率等设置不能改变
（7）控制工作站IP：192.168.1.10不能改变。
开机先后顺序要严格按照技术要求顺利
三、结束语
三维虚拟仿真技术软件在高职的教学中能发挥出积极的作用，一方面能提高学生的学习兴趣，学生在学习的过程中能够对仓储、运输、配送、生产加工等有一个感性的认识，同时也提高了学生分析问题、解决问题的能力，实践证明三维虚拟仿真技术软件的应用对于高职物流专业的教学具有积极的意义。
参考文献：
[1]吕明哲，物流系统仿真，东北财经大学出版社，2008.10。
[2]贺国先，现代物流系统仿真，中国铁道出版社，2008.12.1。
[3]青海交通职业技术学院物流实训中心3D实训室操作手册
篇2
【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。
【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学
一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究
虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。
Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。
二、虚拟仿真技术在各领域内的作用
随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。
Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。
三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处
虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。
随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。
四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势
作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。
其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。
五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益
虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。
在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。
总结
虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。
参考文献：
[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期
篇3
【关键词】生产仿真；管道安装仿真；计算机优化
近年来，由于制造业领域三维CAD系统软件的普及，“数字生产”变得非常实用。通过生产前使用三维模型仿真整个生产进程，制造效率以及安全性达到预期效果，并且通过各领域工作台共享信息使得实施管理动态生产成为可能。下面分别介绍复杂船体分段搭载，设备搬运，CRP的安装以及机舱通道等仿真应用实例。
1 生产仿真
1.1 船舶工业仿真技术
计算机仿真主要应用于船舶设计平台，尤其是概念设计以及结构分析。由于船舶生产非常复杂且需要足够经验，计算机仿真很难广泛应用到船舶生产过程中。仿真作用如下：1.提高质量；2.缩短订单与交船时间间隔；3.减少生产成本减少成本，包括材料成本和工资；4.减少制造过程中时间浪费。
在船舶生产中仿真可以应用到如下几个方面：
1.生产进程分析和估计；2.生产计划安排；3.训练特殊技术工种的模拟器，例如线加热、焊接以及校正；4.检测施工安全性。
1.2 船舶生产仿真
随着计算机集成制造的应用，根据设计和生产数据制作产品模型，并在此基础上进行工艺设计。为了提高生产三大主要元素——生产率、质量和安全性，研究各种先进的计算机仿真技术非常重要。
船舶属于大型设备，结构复杂，具有亿万个来自世界各地生产的部件以及各种各样的材料。在建造船舶时，众多部件会聚船厂，考虑船厂环境及设备等相关的信息才能进行有效生产和工序安排。制定生产计划，需要积累丰富的船舶建造经验，以满足多工种协调作业时对效率和质量的要求。三维CAD不仅有效地应用在船舶生产仿真中，而且在自动化和飞机工业中应用也相当成功。近年来，随着计算机容量显著提高，价格也变的便宜。因此，应用软件变的越来越广泛，船舶建造仿真技术越来越简单。除此而外，三维CAD集成了船体和设备所需的所有结构件和部件。近来，IHI新开发了AJSAI系统集成了所有产品数字模型，从直观的角度在计算机上显示了船坞中搭载二周后VLCC结构的三维视图。从而提高了生产效率、安全，以及产品质量。
1.3 计算机优化制造
船舶建造过程中，多工种工人互相依靠、协作制造。随着工作难度等级提高，相关生产难度也随之上升。产品模型是计算机集成制造的核心，设计和生产计划是仿真的基础。在这一领域，基于优化生产的数字制造成为现实。
2 管道安装仿真
在船舶建造中，装配是一个很典型的工作。一般情况，工人仅仅凭借个人经验，根据不含详细说明的粗略图纸进行生产制造。因此，装配工作存在以下问题：1.从粗略图纸中构思整体结构、设计装配工序，必须接受过职业训练、具有工作经验。2.基于经验设计的工序不一定是最佳的3.生产时才能发现设计的错误。4.不可预见的问题时常出现，生产计划经常受影响5.无经验人员不能从事装配工作。近来，随着装配仿真系统的开发，即使无经验的工人也能进行装配工作。装配仿真通过船厂无线局域网将结果显示在工人从事装配场所的个人电脑上。电脑屏幕上装配时组件整体树形结构图通过三维模型图可以从任意角度观察任何想看到的地方，包括货盘名称、部件种类、部件名称、次要部件以及每个组件之间的关系的相关列表。这种模型图形即使没有经验的人们也易于理解。随着便携计算机系统成功开发以及RFID系统的问世，管道安装仿真技术将更进一步发展，尤其管道部件的管理。
3.1 分段搭载
是在机舱里，四周已有的四个分段中间插入另外一个分段的安装过程。插入分段与邻近安装好结构件相对关系非常复杂，因为该分段是在定盘上完成的。在那里，工作环境受其他因素的影响很小，设备尽可能装配在分段上。由于额定载荷为几百吨的大型起重设备同时吊卸分段时各种障碍物随时出现，因此细心而熟练地操作非常必要。只有这样，分段才能非常精确地安装在确定位置。
3.2 设备搬运
这种设备在整个FPSO营运过程中一直不停地运转，有时需要搬运至船外，进行修理、更换损坏部件。通过仿真可以设计出最优搬运路线，在整个运输过程中不会碰撞任何设备以及结构件。多种设备经过这种仿真，效果显著。仿真结果制成使用操作手册供船东检验，得到设计认可。
3.3 CRP的安装
在狭窄船坞中实现螺旋桨精确地安装非常重要。安装螺旋桨旋转轴时，船体里面和外面的安装工人需要协作工作。通过仿真预先互相交流意见、确定安装流程，装配工作才能顺利展开。
3.4 机舱通道
通过借助假想木板确认通道的人性化空间为众多船级社和船东所要求。如果设计时运用三维CAD进行仿真，设备和结构件之间干涉将会避免。这样，设计质量随之提高。
4 结论
篇4
[关键词]排气歧管 CAE 有限元分析 优化
[中图分类号]TK403 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2014）11-0079-02
排气歧管是车辆内燃机排气系统中的重要组成部分，对内燃机的动力性、经济性和排放均有影响。因此，在车辆维修时，它是很难检测到由于高的内燃机的排气背压内燃发动机功率发挥不足或内燃发动机不能正常工作。本论文针对内燃机排气管路中造成排气阻力的成因进行分析，为生产、安装提供结构优化，通过一些数据分析的排气管线的安装尺寸、方法和结构的优化，减少排气管线出现的反压现象引起的排气气体湍流，有效降低高内燃机排气背压的情况下，保证内燃机稳定工作。
一、研究对象
本文选用FB4105防爆柴油机的研究对象为排气歧管。FB4105防爆柴油机的主要技术参数有：转速2300r/min、净重350kg、防爆净功率40KW、总排量2.5L。
边界条件的排气系统数学模型包括：
（1）入口边界条件是：根据发动机排量和速度给定的入口速度V=12.06m/s，根据发动机废气排放温度给定入口温度600℃，根据给定的速度和湍流强度0.3MPa入口处入口结构的价值。
（2）出口边界条件：针对出口压力的条件下，假设出口压力是大气压力。
（3）壁面边界条件：壁面边界条件为无滑移速度边界条件。
二、虚拟样机模型
根据测绘数据，应用UG软件建立排气歧管的三维模型（图1：排气歧管三维模型），从三维模型图中抽取出气道三维图（图2：排气歧管气道三维模型）。
图1 FB4105排气歧管三维模型
图2 排气歧管气道三维模型
三、CAE有限元分析
CAE模块是3d应用UG软件中的一个有限元分析模块，从订单的产品、设计、开发，综合传统的经验设计和稳流试验台的试验和错误的方法，改进的虚拟开发。在虚拟环境下设计实现了虚拟样机开发的数字仿真方法的产品性能评价过程、优化和修正，从根本上改变了传统的设计思想，减少不必要的原型机生产，降低产品设计成本，缩短产品的设计周期。
UG高级仿真模块提供对许多行业标准解算器的无缝、透明支持，这样的解算器有NX Nastran、ANSYS等。如高级仿真模块使用该解算器来处理所有网格划分、边界条件和解法，还可以求解模型并直接在结算过程中查看结果。高级仿真模块除提供基本设计仿真中的功能外，还具有高级分析解算流程的其他功能：
（1）高级仿真有独特的数据结构。
（2）高级仿真有很强的网格划分功能。
（3）高级仿真有灵活的几何体设计方法。
（4）高级仿真中有NX传热解算器和NX流体解算器。
按照要求用UG软件打开排气歧管气道三维模型，点击高级仿真模块，新建FEM（Finite Element Modeling）模型，求解器为NX Thermal/Flow，分析类型为Coupled Thermal-Flow（耦合热流），材料赋予Air（空气），采用四面体网格进行划分，单元格选为5，共划分有41197个网格单元。图3为创建的排气歧管气道三维模型网格图。
图3 排气歧管气道三维模型网格图
四、CAE有限元计算结果及分析
按照内燃机的点火顺序（1缸―3缸―4缸―2缸），分别加载边界条件，对1缸、2缸、3缸和4缸的气道进行流体模拟分析，从结果可见，流道发生拐弯及弯曲的形状都会影响气流，从优化前的图5、图6、图7及图8上可以看出，每个排气工作时，对当前管到出口的拐弯处，有一块区域的气流产生的紊流现象很明显，壁面受气流的冲击也比较大;当前工作缸的气流对后面的气道没有产生影响，但是对前面的气道均产生了影响。
五、小结
从FB4105排气歧管的数值模拟和分析可以基本上满足光滑排气的要求，强烈的涡流区没有出现在管内，只有极少部分涡流现象在管道的弯曲处出现。为了提高通道的气流速度的均匀性，对原结构进行改善，将在管道弯曲处设计添加圆角。仿真结果表明，原来存在的湍流现象显著降低了，并且对排气气缸后面的气道也没有影响，气道形状设计更加科学合理。
【参考文献】
篇5
中图分类号：T-0文献标识码：A文章编号：1033-2738（2012）03-0317-02
摘要：三维地理信息系统的应用集成为在精细化、智能化和空间信息化方面将数字工厂研究进一步发展提供了一个重要方向。本文通过对延安石油化工厂网络智能监控管理及仿真展示系统的建设实例说明了三维地理信息系统在数字工厂领域如何发挥作用。
关键词：三维地理信息数字工厂；VRMap；系统集成
引言
随着全球各种行业信息化的不断发展，数字工厂作为工业信息化的重要方向和形式，发展十分迅速，目前正向着精细化、智能化、空间信息化的方向发展。石油化工行业具有工艺复杂，设备繁多，管理要求高的特点，精细化、智能化和空间信息化的需求更加迫切。三维地理信息技术作为空间信息新技术之一，在继续保持高度集成空间信息，结合行业业务需要，提供多种应用分析手段的GIS特点外，还使GIS具有了更简单的逻辑，更直观的表现，所表达的地理信息更加形象，并具有所见即所得的特点，摆脱了传统二维GIS使用抽象的符号表达地理空间事物，需要较多专业知识才能理解的局限性，从而降低了GIS的使用难度，得以更好的与行业业务结合，发挥GIS的优势，使石油石化行业的专业人员可以更多关注本职工作，减轻工作负担，提高效率和决策水平。
根据石化厂的需要，广泛采用数字工厂的新技术，设计建设了延安石油化工厂网络智能监控管理及仿真展示系统。
一、总体设计
1.建设思路。
依据化工厂的竣工蓝图，并结合现场勘测数据，为主要设备制作尺寸准确的三维数字模型，形成三维模型数据库。通过数据服务平台实现各类型用户对数据的共享应用和数据的管理和维护。在数据服务平台框架上进行三维仿真展示，实现交互的三维浏览，GIS量测，设备属性查询、三维场景渲染，粒子效果展示等。再结合具体的业务需要和业务数据，与石化厂现有生产管理系统、视频监控系统、大屏幕系统等进行集成，实现生产管理、监测监控、安全应急、仿真模拟等功能。
2.平台选型。
计算机技术的不断发展为GIS提供了先进的工具和手段，虚拟现实（VR）、4D、专家系统等一些新的思想和技术正源源不断地充实到三维GIS中去。很多三维GIS软件，如国外的Esri ArcGIS、SkyLine，国内的VRMap、EV-Globe等相继推出，并开始在需求迫切的行业中得到应用。
软件平台的选择，需要考虑系统平台的兼容性，硬件条件，业务应用的针对性，展示的效果，海量数据的存储管理，数据的安全维护性等。
考虑到石化行业的特点，通过比较，认为VRMap软件的仿真效果好、运行效率高、模型数据精细、支持海量数据、易于二次开发，作为基础平台和数据维护工具能更好的满足石油化工厂的需要。
3.架构设计。
系统的架构设计是基于分层思想进行的，即系统各层的相对独立，只依赖低于自身的层，而完全独立于高于自身的层，分层设计有利于系统的逻辑设计和功能实现，可以在不同的层次内解决不同的问题。根据分层的思想，将系统自下而上分为三层，即数据层、服务层、应用层。各层描述如下：
数据层由三维数据维护管理平台VRMap企业版和三维空间数据库Oracle 10g组成完整的数据管理系统，管理和维护三维模型数据和业务数据。
服务层以网络三维数据平台VRMap SDK和运维支撑平台VRMap IMS为基础，向外提供基于业务的各种服务；
应用层即面向用户的C/S客户端――网络三维智能监控管理系统和B/S客户端――网络三维智能仿真展示系统，用户通过系统使用各种功能。
4.部署方式。
Client/Server计算结构的实质是在客户端和服务器之间分配计算任务，在两层体系结构中，客户机执行应用处理和数据表述功能，服务器维护后台数据库。C/S应用软件的业务量是从客户端和服务器之间的数据交换产生的，一次数据交换是客户端提交一个请求并接受一次来自服务器指示的屏幕更新过程。
C/S结构是应用较为成熟的软件架构，在这种模式下数据被集中存放于中心服务器，用户通过客户机上的客户程序存取服务器内的数据，大部分运算集中在服务器上，因而系统对服务器的要求比较高，这种操作模式被广泛应用于网络环境，在GIS领域，大型应用也都采用C/S操作模式，保证GIS对空间图形数据操作和传输的快速响应。
Browser/Server结构系统架设在数据服务器、应用服务器、浏览器三个层次上，数据服务器专门存放数据，应用服务器提供各类服务组件来访问数据服务器和响应客户端的请求，浏览器端只显示结果和发出请求。这种模式的系统维护较为简单，系统的修改和升级只需在应用服务器端进行即可，客户端的界面一致，用户操作起来比较容易上手。
根据系统应用需求，图形数据处理需求以及对系统平台安全性、稳定性考虑，本系统采用C/S结构和B/S结构相结合的混合模式。
二、数据建设
三维模型数据是整个系统的数据基础，根据系统的功能需要和经济性考虑，延安石化厂厂区模型分为：生产设备区域、办公区域、环境地貌制作三部分，并根据需要按照不同的精细度进行制作，在达到较好效果的同时，节约了制作成本，提高了系统的运行效率。
模型的制作参照总平图、设备图、工艺图、布置图资料，采用企业级三维建模软件（如3DS MAX等），按照模型对象的真实尺寸和形状和位置关系，进行各类建筑、设备及管线等三维模型制作。制作流程如下：
根据业务功能的需要，主要设备模型的名称和现有设备台帐中的设备编码一一对应，非主要设备模型的名称也按照统一编码要求进行编码。
三、功能模块
系统根据不同的运行环境和使用需求，分为C/S架构的网络三维智能监控管理系统和B/S架构的网络三维智能仿真展示系统两个系统。
1.网络三维智能监控管理信息系统。
延安石油化工厂网络三维智能监控管理系统由场景浏览、空间测量、工艺仿真、设备监测、安全应急、系统管理等子模块构成，集仿真展示、视频监控、设备监测、设备报警、生产状态监测等功能于一身，全面考虑效率、稳定、安全、开发等因素，为工厂各部门提供直观、可靠、智能、高效的生产监测管理应用服务。
2.场景浏览。
场景浏览是指三维仿真场景的展示和用户在场景中进行交互操作，获得所需信息的功能。系统支持多种操作方式，可以自如的控制场景的缩放、旋转、移动、改变视角，可以指定浏览的路线和方式。同时还可以控制图层的显示和隐藏，保存视点位置，播放录好的场景动画。系统还提供地物信息的查询。
3.空间测量。
空间测量功能可以查询场景中任何位置的坐标、空间距离、高度、水平距离、投影面积等。
4.工艺仿真。
系统可以将厂区的重点工艺流程，在场景中进行直观的三维模拟展示，将抽象的工艺流程图进行形象、直观化，为辅助厂区新员工培训，厂区工作人员理解并熟悉工艺流程提供帮助。
5.设备监测。
系统实现了与MES监控系统和视频监控系统的对接，可以将MES监控系统的实时信号和实时视频在系统中进行展示，对异常情况可以进行超限报警和视频摄像头场景的直接跳转。
6.安全应急。
安全应急功能可以快速查询场景中所有的地物或者设备的应急预案、指定范围内的应急资源分布情况。并通过事故地点设置在三维场景中对事故地点进行标注，如火灾、洪涝、破损等情况，模拟事故发生的情况。还可以对预案、预案级别、预案类别等内容进行增删改查，为指定设备增加专用预案。
7.系统管理。
系统可以对用户及权限进行管理，设置系统的各种基本设置，包括视频设置、MES设置和系统皮肤设置等等。
8.网络三维智能仿真展示系统。
网络三维智能仿真展示系统是基于B/S架构设计开发的，用户简单的通过IE浏览器直接展示三维场景数据，并为用户提供了三维场景的基本三维浏览和操作功能。展示系统还集成了生产实时信号监测、视频监控等业务功能。
9.导航控制。
系统提供鼠标、键盘、浏览面板控制三种控制模式包括缩放、方向控制、高度调整、俯仰调整，并且还有浏览模式切换、全屏、还原、打印输出、俯视等辅助操作功能。
10.查询定位。
系统可以输入关键字查询和定位相关的设备，也可以输入周边范围值查询范围内的设备。系统支持双击场景设备和在列表中点击查询结果，使设备定位到场景中央并高亮显示。
11.三维分析。
系统可以完成简单常用的场景地物分析。主要包括测量水平距离、测量垂直距离、测量空间距离、测量水平面积、两点通视分析等。
12.定线飞行。
在飞行路线列表中选择存在的路线（系统飞行路线或自定义飞行路线），进行路线飞行。系统可以自定义飞行路线，保存在本地，以对已存在的路线进行删除或重命名操作。
13.设备监测。
与厂区内的生产监控系统对接，在三维场景中监测显示各个设备的生产安全状况。可以设置监测时间间隔，是否进行报警检测，报警时间间隔以及报警时间间隔等监测设置。
14.视频监控。
通过与厂区视频对接为用户在三维场景中提供直观的三维视频监控画面，用户直接通过浏览器就可查看。
总结
延安石油化工厂网络三维智能监控管理系统建设综合运用了GIS、三维虚拟现实、海量数据管理、WebGIS等多种相关技术，在建设过程中克服了很多技术和数据方面的新课题，有多方面的专业人才和技术人员参与。系统建成后，为石油化工厂的管理人员、技术人员和广大员工提供了形象直观的厂区操作环境，提高了监测管控、调度决策、安全应急等业务的科学化水平。
参考文献
[1]牟善军，姜春明，吴重光.石油化工安全仿真技术及应用.系统仿真学报, 2003,15(10) :1356-1363
[2]罗一鸣，刘有智，袁志国，张发兴.虚拟化工场景漫游系统的设计与实现.计算机与应用化学.2006,23(11) :1159-1162
[3]齐虎春.虚拟现实技术在化工仿真系统中的应用研究.内蒙古石油化工.2010年,8 :153-154
[4]延安石油化工厂网络三维智能监控管理信息系统用户手册.北京灵图软件技术有限公司. 2012,4
[5]延安石油化工厂网络三维智能仿真展示系统用户手册.北京灵图软件技术有限公司. 2012,4
[6]王权.大庆油田有限责任公司数字油田模式与发展战略研究.天津大学硕士学位论文. 2003
[7]李青元，林宗坚，李成明.真三维GIS技术研究的现状与发展[J].测绘科学, 2000,25(2):47-51.
[8]王瑜，刘西涛，李健玲，王春磊. 3D-GIS技术的发展与应用.甘肃科技, 2009,25(4):57-75.
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.
【关键词】数字摄影测量技术；三维建模；数字城市
【Keywords】digital photogrammetry； 3D modeling； digital city
【中图分类号】P232 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0185-02
1 引言
城市化进程的加快促进了数字城市的建设与发展，人们逐渐加强对三维建模精确性与实效性的重视。三维建模为数字城市建设提供科学的数据基础，具有很强的直观性。
2 三维建模的构建方式
作为建设数字城市三维地理信息系统的关键，保证三维模型具有良好的精度，并且提高建模效率对于三维地理信息系统作用的发挥、保证建设周期具有重要意义。通常使用的建模方式包括如下几种。
2.1 航空摄影测量
使用该技术，能够创建立体环境，实现三维模型数据的位置、高度、形状信息的快速与准确获取。然后结合外业纹理采集与正射影响屋顶信息能够进行精细三维模型的构建。完善的DEM与DOM数据生产技术路线能够进行三维场景中地形数据的快速与准确重建，将城市风貌展现出来。
2.2 机载激光雷达扫描
使用该方式能够实现城市建筑与地表模型的快速获取，但是获取到的数据量具有一定的规模性，提升了数据的处理难度，需要采取相对麻烦的人工措施才能将其中有益的信息提取出来。另外，该种方式的三维建模中不能将建筑物色彩与纹理呈现出来。[1]
2.3 使用二维资料
立足于建筑规划的图纸，提取其中的二维资料，使用合适的软件如AutoCAD等进行三维模型数据的建立。该种方式进行数据收集时需要进行大量工作，并且不能保证数据具有时效性。另外，针对建筑物顶部存在的纹理盲区，也需要进行大量工作才能获取高程数据。与机载激光雷达扫描方式一样，不能将建筑物色彩与纹理呈现出来。
3 基于数字摄影测量技术的三维建模
3.1 基于数字摄影测量技术的三维建模优势
获取、处理与分发数据均为数字形式，并且能够通过计算机实现摄影测量中全部流程；数字摄影测量技术能够帮助设计人员进行目标建筑物的几何空间与高程数据的快速构建，并且精度高、快速成像；地面建筑能够实现达到cm级别的空间几何精度，降低数据更新的难度，能够在规模较大的工程项目中应用，能够为建设数字城市与地球建立基础的数据框架；相较于使用计算机制作动画与景观模拟，基于数字摄影测量技术的三维建模能够在目标建筑物具有的实际地理坐标下进行真实三维景观模型的构建[2]。在该种模型中，建筑物中各元素之间的空间相对位置与实际情况是一一对应的，并且能够对其中的任意点测量三维坐标，能够达到测绘要求的精度级别。
3.2 基于数字摄影测量技术的三维建模方式
论文将某数字城市的三维建模方式作为实际进行分析，该城市基于数字摄影测量技术的三维建模技术线路如图1所示。
3.2.1 航空摄影测量
论文所举的项目实例中使用DMC进行航空摄影，能够取得相关影像资料，与实地比例为1∶5000，地面的分辨率为0.06m。使用航天远景技术中的软件对获取的影像资料、外业像控资料进行空三加密处理，从而获取三维建模中需要的外方位元素c加密点的具体坐标。
3.2.2 DEM的建立
DEM即为数字高程模型，是进行数字城市建设中不可或缺的信息之一。在该项目中使用航天远景技术中的相关软件在经过空三加密的数据基础上进行立体模型的自动生成，并对相对与绝对定向精度进行检查，生成5m格网的数字高程模型文件。按照作业指导手册上相关规定在匹配窗口中编辑等视差曲线或者等高线，保证其中全部曲线与地面相贴紧，最后能够生成数字高程模型，并检查、处理其接边。
3.2.3 DOM的生成
DOM即为数字正射影像图。数字摄影测量技术能够纠正、镶嵌与裁切正射影像。将数字高程模型与数字正射影像图进行叠加，能够得出数字三维景观。在该项目中，先对数字高程模型进行接边处理，然后对其进行纠正，再使用航天远景技术进行进一步的处理，再进行裁切。
3.2.4 TDOM的生产
TDOM即为真正射影像图，属于DOM中的一种。相较于普通的数字正射影像产品，在三维建模中使用的全部背景图纠正了所有建筑物的中心投影，避免出现投影差。使用数字摄影测量技术，能够实现立体环境下几何特征的收集。在进行三维建模背景图的制作中将摄影测量系统采集的关于建筑物的矢量数据作为数学基础，通过该数据再次对正射影像的数据进行纠正，能够将建筑物投影差消除[3]。
3.2.5城市真实三维景观模型的构建
制作基础模型。将建筑物的分类标准作为标准，采集平面几何与高程数据，精度要求为平面几何位置小于50cm，高程精度小于80cm。然后使用合适的软件进行三维模型的生成；提取屋顶纹理。按照相关要求处理原始影像后，在功能合适的软件帮助下匹配影像与基础模型，保证精度的合格，然后软件能够对屋顶的纹理进行自动提取；采集外业纹理。按照相关规范要求，对一定范围中全部的外业纹理进行采集。使用相机对所有建筑物的外部轮廓进行记录；制作三维模型。在该项目的信息系统中，将三维模型分为地形、建筑、道路、植被、市政基础设施等模型类型，从精度上分为精细与标准两种级别的模型。在该项目中三维建模规模很大，要求建模具有较高的效率与质量较好的数据；整合城市的三维场景。使用相关工具软件，优化与DOM、DEM与精细场景，能够进行城市三维场景的整合[4]。
4 结语
论文通过使用项目实例对基于数字摄影测量技术的三维建模进行研究，证明该种建模方式具有很强的优势。在使用该种技术的过程中，仍然存在很多亟待解决的问题，需要行业中人员进行持续探索。
【参考文献】
【1】赵丽梅.基于数字摄影测量技术的三维建模方法探讨――以数字沈阳三维建模为例[J].中国高新技术企业，2015（2）：19-20.
【2】黄榕，林涔涔，武佳，等.基于摄影测量技术的三维仿真模型建模方法研究[J].福建建筑，2016（10）：107-109.
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论文关键词:虚拟现买技术 培训 作用
论文摘要:我国石油行业发展迅速，职工的素质直接影响到石油企业的效益及安全生产状况，因此，企业对职工的技术要求越来越严格。钻井模拟器采用基于虚拟现实的虚拟制造技术，开发过程运用多种先进的计算机技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。作为针对油田具体情况开发的新型培训系统。钻井模拟器有着积极的意义。本文重点分析了该系统的开发过程，详述了虚拟现实技术在油田培训钻井井控人员过程中的作用。
1．引 言
我国石油行业的发展与现场地质情况等密不可分，充满着危机和挑战。对于员工的能力和安全意识要求很高，传统的进场培训有一定的局限性，例如：职业培训效果是否良好主要依赖于教师的水平，培训过程没有明确统一的评价标准，针对性差，没有可重用性等。可见传统的培训技术不但受时间、空间的限制，而且在人力、资源、经费、组织实施等方面都存在很大问题。尤其对于危险作业或不具备实验条件的高级培训，传统的培训方式更是难以实现。传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率，满足不了现代社会的需求。
钻井模拟器采用虚拟制造技术的概念，开发过程基于现代计算机控制技术、计算机仿真技术、计算机图形技术、计算机网络技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。它为用户提供了起下钻、钻进、井控和钻井事故及复杂情况处理等作业的操作过程模拟，主要用于钻井司钻、钻井技术人员的操作培训和安全培训，并为学员培训考核提供了教师评分系统，解决了传统培训过程中客观上无法解决的技术难题。作为新型的针对油田具体情况开发的培训系统，钻井模拟器有着积极的意义。
2．基于虚拟现实技术的虚拟培训
该设备是以控制为中心的VM设备，主要用于钻井人才的培训。这套虚拟培训设备运用虚拟现实技术 ，真实生动的模拟了钻井工艺流程的细节。学员能够通过对仿真钻机设备的操作，直接观察到钻井平台上的活动以及操作结果，最终达到让培训人员掌握正确操作过程的效果。虚拟培训有以下特征：
2．1 仿真性
在虚拟现实技术支持下，虚拟培训设施与真正的培训设施功能相同，操作方法也一样，学员通过虚拟培训设施训练技能与现实培训基地里同样方便。这是因为虚拟培训环境无论是现实的环境还是构想的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辨真假的程度。
2．2 开放性
虚拟培训环境可以为所有受训者在任何时间、地点提供各种培训的场所。实际上，虚拟培训环境的内涵是广泛的，它不同于传统的培训基地概念，它具备可以进行类似于传统培训项目的环境，但更擅长的是使学员置身于培训项目对象中的逼真环境。凡是受训者可以通过有关器具操作，来学习或训练某种技能的虚拟环境，并都归之于虚拟培训环境。
2．3 超时空性
虚拟培训环境具有超时空的特点，它能够将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界、宏观世界、客观世界、主观世界幻想世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机结合，并可随时随地提供给学员进行培训。
2．4 可操作性
受训者可通过使用专门设备，用人类的自然技能实现对虚拟环境的物体进行操作，就像在现实世界中一样。
2．5 对应性
学员的培训内容与虚拟环境是密切对应的。例如，学员要学习飞行器驾驶技术，那么虚拟环境就是飞行器飞行的模拟环境。对应性将能为受训者设定各种复杂的情况，以提高受训者的应变能力，从而使得他们在实际环境下能得心应手的处理各种情况。另外，虚拟现实技术能按每个学员的基础和能力，对应性的开展个性化的教育培训。
3．钻井模拟器视景仿真系统的分析与设计
计算机图形学是研究现实场景计算机显示的科学，也是利用计算机处理人类所能看见的图景的手段和方法。视景仿真技术是以计算机图形学为理论基础的三维模型动态显示技术，基本原理是：根据观察点及观察方向对场景进行实时计算和实现，并做到对三维复杂环境中物体运动的实时交互控制，产生良好的动画效果。实现三维模型视景的实时动态显示，一方面要求计算机硬件有高速运算能力和很强的三维图形处理功能；另一方面还要求在算法和软件上有所发展，以便在硬件平台上取得更好的实时动态显示效果。视景仿真系统是钻井模拟器的重要组成部分，它提供给用户一个三维的真实感视觉环境。
3．1 钻井模拟器视景仿真系统分析
钻井模拟器在虚拟培训过程中需要模拟井场环境和操作结果，这就需要视景仿真系统根据钻井模拟器司钻控制台的操作过程，实时模拟出井场环境的变化和司钻、井控操作对钻井过程的影响。在现实的司钻和井控过程中，操作错误和地质环境变化都是事故的诱因，在钻井模拟器视景仿真系统中也模拟了事故发生过程和事故排除的情况。实时地显示钻井过程中的数据，计算参数。根据司钻台操作的具体行为，依照物理模型和数学模型来模拟设备运动的过程，使得钻井模拟器视景仿真系统的三维动画过程更贴近现实。
钻井模拟器视景仿真系统需要对井场设备、自然环境、井下情况进行实时的动态模拟，使培训者在培训过程中除了学习操作知识 ，还能更有效、直观的学习到理论知识。硬件设施和三维图形软件的结合实现了虚拟模拟系统 ，培训人员能够通过这套虚拟培训设备完成所有钻井工作人员所需要的专业知识和实际操作技术。
3．2 实时场景系统组成
根据钻井模拟器视景仿真系统的需要，开发过程在Windows xP平台上，建模部分使用3D MAX完成机械部件的模拟，模型的管理由3D Explorer~成，并实现模型数据文件的转换导出。程序对模型的控制由C++Builder6．0实现，整个开发过程基于OpenGL2．0。
钻井模拟器视景仿真系统的实时场景组成包括以下几个部分：三维图形实体模型、钻井模拟器视景仿真系统控制程序、GLSL编写的渲染效果。
在整个组成部分中，最重要的是钻井模拟器视景仿真系统控制程序，在程序中完成了以下工作：场景初始化、工艺动画控制、与主控机通信、参数显示、碰撞处理以及特效渲染。
场景初始化：由于钻井工艺的复杂性和虚拟培训的操作性，每个作业当前场景都有所不同。在一个新的作业开始前，图形程序在接收到控制机发出的作业指令后初始化当前场景，例如：钻井平台上各操作部件当前的数量、状态以及位置。
工艺动画控制：在完成规定工艺作业的过程中，司钻控制台做出的每一个动作都将转换成数字信号传递给主控机，再由主控机发送协议数据给图形程序，图形程序得到参数后，做出具体反映。在图形机上体现出钻台上各种控制系统的运动参数、具体动作、视图选择(包括上视角、井下视角、防喷器视角、多视图显示等)等。
与主控机通信及参数显示：主控机的设计主要由钻井模拟器设计的需求决定，由于这套仪器主要用于虚拟培训 ，教师和学生之间有教与学的关系，主控机能够提供给教师一个教育平台，提供作业调度、控制、评分等功能，与此同时，传递司钻控制台上发来的各项数据，并把与操作有关的数据发给图形机，即钻井模拟器视景仿真系统，两方通信，传递参数并进行数据处理，在屏幕上显示操作过程中需要操作者了解的参数值。
碰撞处理：在三维图形的运动仿真过程中是不允许有“穿墙而过”的状况发生的，因此要对运动物体作碰撞检测的处理。为了遵循模型运动的真实感，钻井模拟器视景仿真系统当然也包括碰撞的检测与处理部分。
渲染特效：实现对火焰 、气泡 、液体喷涌效果的模拟，使用GLSL实现电影级的光照效果，可以分别模拟白天，夜晚，探照灯等光照模式，大大地提高了图形效果和真实感。
3．3 钻井模拟器视景仿真系统设计
一个性能优越、功能完备的系统需要在设计阶段就进行详细的设计规划。这样，在后期的开发过程中才能完成高质量的软件项目。钻井模拟器视景仿真系统的设计遵循面向对象的原则，在系统的稳定性、可扩展性和兼容性等方面都有突出的表现。
3．4 系统特点及设计目标
钻井模拟器视景仿真系统要求有以下特点：
1)可以生成高质量的图形，实现实时的可控动画。
2)图形的生成快速稳定，对图形硬件要求不高。目前，系统配置为NVIDA6800，NVIDA6系列以上显卡都可以实现高质量的图形动画。
3)提供给用户多角度、多视图的工作窗口，方便用户定位观测，在操作过程中既能观察整个场面，又能集中观察工艺作业下重要部件的工作过程。
4)建立模型细致、真实 ，宏观模型和微观模型通过软件和程序分别建模，真实感程度高。
经过分析钻井模拟器视景仿真系统的系统特点后，设定该系统要达到以下目标 ：
可扩展性：对于新模型、新器件、新工艺的增加，方便快捷，可以在短时间内完成对系统的扩展。
兼容性 ：系统可以用于Windows2000／XP平台，兼容于各种图形加速硬件。
敏捷性：图形生成迅速、稳定，一般的图形加速硬件既可满
足要求；系统应达到反应迅速、操作灵敏的功效。
3．5 基于面向对象的系统设计
钻井模拟器图形系统的设计是基于面向对象的，系统规模较大，设计复杂。基于在钻井工艺中涉及到的物体较多，并且各个物体在不同的方面有不同的特性，因此在设计之前，应确定设计类的准则。对本系统而言 ，这里关心的是用物体如何展现工艺流程 ，所有类的设计应该围绕物体的动画功能需要来进行。
在钻井各工艺流程中，大钩、钻杆等物体是系统动画的载体，具有物体自身的方法和属性，因此 ，可以将其封装成类。根据围绕物体的运动功能来设计类的思想 ，将液压大钳和液压大钳的活塞、吊卡的主体和活页设计成不同的类，这样设计不仅可以使动画更加逼真，还能提高系统灵活性。
篇8
虚拟现实技术可利用计算机产生一个以自然的视、听、触等功能感受的三维环境，人们可以方便地对生成的“虚拟世界”进行交互式的观察、分析、操作和控制。它以仿真方式给用户创造了一个实时反映实体变化与相互作用的界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，它具有多媒体信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特点。利用虚拟现实技术创建出逼真的矿山工程环境对优化系统设计具有重要的实用价值。
为了给用户创建一个能使其感到身临其境和沉浸其中的环境，必要的条件就是根据需要能在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象：不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似，而且要求在形态、光照、质感等方面十分逼真。
目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1．1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1．2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1．3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。
5．1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5．2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献：
[1]古德生．金属矿山深部开采中的科学问题[A]．香山科学会议第175次学术讨论会[c]．北京：2001．
[2]乔林，费广正等．OpenGI程序设计[M]．北京：科学出版社，2002：130～134．
[3]齐安文等．三维地学模拟述评及其矿山应用关键问题．《中国矿业》．2001(5)：10．
[4张瑞新、任延祥．虚拟现实技术及采矿工程中的应用．《中国矿业大学学报》，1998(3)：27
篇9
【关键词】柔性制造系统；教学实训；仿真软件；自动化设备
【中图分类号】TS736
一、研究背景
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS)是指在批量加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速。并且微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展也促使柔性制造技术日趋成熟。
MET-3机电气一体化实训装置具有模拟工业自动化生产线货物加工分拣过程的功能,可完成货物识别、搬运、分拣、加工、装配、出入库及管理等任务。装置主要由PLC控制模块、变频器模块、传感检测单元、气动机械手搬运单元、井式供料塔单元、加工装配单元、气动控制单元、触摸屏单元、自动化仓库单元等组成。各机构能够通过位置及功能的变化进行重组，构成多工位加工系统，多工位装配系统，物流仓储系统，从而组成柔性生产系统。使实训装置的培训内容从基本模块到柔性自动化生产线，逐步完成由简单、基础的训练到复杂、综合的培训。
二、教学软件系统设计与构成
1、仿真软件开发目的
依据MET-3机电一体化实训装置为原型，定制开发《MET-3教学实训仿真软件》。软件系统开发体现实训仿真与课程教学并重的设计理念，在具备机械结构拆装、电气控制原理、运动模拟等仿真实训功能。建立《自动化设备及生产线调试与维护》课程资源库，包含有工具使用讲解、元件介绍、运行演示视频、电子课件、电子工作页、电子图书、编程软件等相关素材，为辅助专业教师教学及学生自主学习搭建平台。
2、仿真软件的功能
仿真软件共分为助教类功能和实操类功能，形成教学做一体的实训仿真软件。
1）助教类功能
助教类功能设有工具箱、零配件库、设备运动展示资料、教学资源平台。
(1)工具箱功能栏中对每一种工具都进行了工具介绍、实物展示、三维展示、操作演示和使用规范。通过视频的方式教会学生去使用工具。
(2)零件库功能栏中包括每一个模块的机械零件和电子元件，对每一个零件或元件的结构、相关知识以及该零件在柔性制造系统中的作用都进行了详实的介绍。
(3)设备运行展示功能栏提供了柔性制造生产线各模块及整站的拆装视频和运行展示视频，可供学生查看，满足不同学习程度学生对实训的需求。
(4) 教学资源平台功能栏中建立《自动化设备及生产线调试与维护》资源库，包含有电子课件、电子工作页、电子图书、编程软件等相关素材，为辅助专业教师教学及学生自主学习搭建平台。
2）实操类功能
实操类功能设有机械拆装与电气控制两大部分。按模块和整站两种模式选择实训项目。教师调取典型项目布置实训任务，并在实训结束后查看学生的实验结果，做出评价。
三、仿真软件的教学及应用
本教学软件将应用于机电技术应用专业《自动化设备及生产线调试与维护》专业方向课程的教学。仿真软件为教师提供了一个快捷、简约的教学平台，将课程涉及的传感器技术、电机控制、液气压传动、PLC技术等相关知识直观的在理论原理讲授和实践操作教学相结合，让学生快速掌握理论知识和操作要领，轻松接收教师所授的知识点，避免不必要的误区，提高教学效果，减少设备损耗。
1、逼真的三维建模和动画演示提高学习效果
根据MET-3机电气一体化实训装置实体，建立三维模型，并应用3D渲染技术，模拟一个柔性制造系统实训室的工作场景。场景中有专用的工具摆放区、零件摆放区、工作操作区。柔性制造设备具有3D展示功能。结合后台的电路搭建，设置系统中所需要的参数和PLC控制程序，保证了仿真软件操作与实际设备运行的一致性。
2、自由搭建电路气路，激发学生自主探究
软件控制电路模块的元器件和三维实体工作场景的执行机构一一捆绑对应。从元器件库中选择所需要的相关元器件放置在电气控制界面中，用导线根据需要连接各种电路元器件，用管道连接各种液气压元器件搭建所需要的控制系统，并且可根据需要对元器件的参数进行修改。可以对搭建电路的电压、电流，液路和气路的压力等进行实时检测。教师可对控制线路、电气元件的故障进行设置，让学生根据出现的故障现象，完成故障检测修复训练。降低硬件设备的损耗，减少硬件设备的重复投入。
3、软件功能拓展，丰富教学资源
本软件具备ActiveX控件功能。ActiveX控件功能使软件与IE浏览器、PowerPoint建立对接接口。教师可以通过使用PPT和本软件自由搭建各种控制系统，编制各种富有个性化的、具有人机交互功能的大型电子教程。此功能不仅丰富了教师信息化教学方法，而且为实现学生登录校园网进行课后练习提供了技术保障。
4、模拟FMS工作场景，加强职业素养培养
软件中设计自动化生产线安全操作的指导及职业岗位要求，并植入相关企业文化。为了调动学生的积极性，设计电气控制和机械拆装的闯关模式。
四 结束语
《MET-3教学实训仿真软件》的开发改变了在传统教学中无法实现的教学效果，让抽象难懂的知识变得形象生动。为使软件进一步完善，升级版本将扩展软件新功能。如建立考核评价系统，根据考核项目，学生在完成考核项目的整个操作过程，自动统计并学生的实训成绩，教师可对学生的实训做出评价和批语。经过教学实践，教学软件的投入使用不仅增强了学生运用知识的意识，充分发挥了学生自主探索式学习，更重要的是提高了学生的工程实践能力，取得了良好的教学效果。
【参考文献】
[1]丁国富.虚拟柔性制造系统仿真研究[J].学术动态,2006,(1):1-3
篇10
论文关键词：虚拟现实 谷歌地球 旅游
论文摘要：在旅游信息网站中，利用虚拟现实技术进行景点展示取得的效果比使用文字和图片更生动。目前利用虚拟现实技术进行场景展示的3种主要方式为单机仿真软件、Web3D和全景图。该文提出一种利用 Google Earth技术进行在线场景展示的方法，综合上述方式的优点，实现对大场景的加载、Internet对接以及与全景图的组合。该方法利用 Servlet返回动态 KML，激发 Google Earth启动并显示场景。利用KML控制地标显示、地标说明图文和 3D模型加载。通过说明图文中的超链接，让地标链接到全景图网页或Servlet，以返回3D模型数据。
1 概述
随着信息化工程的推进，网络信息技术被广泛用于旅游业。在很多现有旅游网站的旅游地介绍中，通常包括行车路线、景区展示等内容。在景区展示中，多数旅行网都使用传统形式，即文字和图片。随着 IT技术的发展和进步，已出现比图片更直观且生动的展示方式，即虚拟现实。虚拟实现把场景做成三维计算机模型，通过交互方式实现场景漫游和浏览。与图片相比，虚拟现实具有以下优点：(1)能全方位观察场景，整体感强；(2)具有交互性和沉浸性，使用户能产生 “虚拟游历”的感觉。对于访问旅游站点、查找旅游信息的人，虚拟现实可以给予他们更有趣的体验，使其积累更强烈的参与旅游的愿望。因此，虚拟现实景区展示在国内外已成为研究热点。
原有 “虚拟游历”方案可以归纳为以下 3类：(1)用基于单机或图形工作站的三维仿真软件构建场景，实现漫游，该方法能运行大场景 ，但其仿真软件没有与互联网挂接，构建的仿真场景只能单机使用，无法到网络；(2)利用一些传统Web3D技术，如VRML，构建一个三维场景实现浏览该方法适合较小的场景，它对大场景的处理很粗糙；(3)全景图技术 J，它对单点的效果较好，但交互时不能走动，整体感不佳。
2 虚拟景区实现方案
2．1 Google Earth简介
GoogleEarth是Goolge公司于2005年推出的一款集卫星影像、GIS、虚拟现实于一体的数字地球软件。在 Google数字地球中，可以看到世界各国的卫星影像图，其精度较高。Google Earth具有丰富的 GIS功能，包括地形、路网、区域边界、餐馆旅店、机场、学校等位置的矢量信息。Google Ear可以通过 KML语言进行地标管理，通过地标管理功能，可以加载自己制作的3D模型并漫游 。
2．2 数据制作与KML
可以用 Google Earth的一个外部模块一一sketchup制作Google Earth 3D模型。SketchUp支持普通几何体建模、CA导入、纹理处理等功能，且简单易用。
模型加载后，Google Earth把模型、插入的坐标、视点坐标等数据看作一个地理标志，称为 “地标”，能保存为一个KML格式文件。KML是一种基于 XML语法和文件格式的标签语言，专门用于描述和保存地理信息，如点、线、图片、折线，并控制 Google Earth显示效果。Google Earth客户端是一个 KML文件浏览器。
2．3 基于Servlet和Google Earth的虚拟景区实现方案
一般情况下，Google Earth和网页浏览器(如 IE)是互不相关的 2个程序。用户浏览网页时，Google Earth不会启动。在一个需要用虚拟现实方式展示场景的旅游网站，可以利用KML作为中介实现场景启动，如图 1所示。
用 JSP编写网页，获取景点地名后，交由一个专门实时生成 KML的Servlet处理。在 Servlet中，可以利用 PrintWriter根据需要实时回写数据。例如，若需要返回的 KML文本为
对于一个完整的 3D场景，返回的 KML代码比上述例子稍复杂，例如以下 KML代码：
上述 KML代码的含义是使 Google Earth加载一个地标，连接模型文件为网络上的mode1．dae，加载的地标放在经度为11 3．27、纬度为 23．19的地方。相同视点的位置也在该处。 KML详细语法说明可以参考文献。
2．4 Google Earth与全景图的组合
在仿真应用中，不是所有场合都适合做成 3D场景。很多人倾向于把景点拍摄制作成全景图。全景图不能全方位漫游，但其逼真度高、制作过程较简单。
可以利用 KML使 Google Earth与全景图相结合。方法是插入一个没有三维模型的地标。每个地标都可以配有说明图文。说明图文支持网页格式，可以在网页中加入超链接，如图 2所示。点击超链接可以激发网页浏览器(如 IE)打开链接网页。该网页可以嵌有全景图虚拟现实场景。通过 GoogleEarth地标就可以打开全景图场景，如图3所示。
3 实例
图 2～图4描述了一个基于 Google Earth的旅游景点景观展示的应用实例。用户先访问旅游网站的介绍页面(图 2中的IE界面)，点击网页中的一个 “景观漫游”按钮后，IE新开一个会话访问后台的Servlet。Servlet向客户端返回包含地标的KML。客户端 IE接收到 KML后，将提示下载还是打开，选择 “打开”，Google Earth就会被激发启动，并根据该 KML加载地标、定位视点。在 Google Earth中，点击每个地标都会弹出简要的图文说明，如图2中的Google Earth界面。不同地标链接不同景点的虚拟场景，且实现方法不同。例如， 点击 “天河体育中心”的说明图片，可以打开如图 3所示的网页，即天河体育中心的全景图虚拟场景页面，在该页面中，可以通过鼠标或键盘改变观察角度，从各个方向观看场景。 地标 “新电视塔”的处理方法有所不同，点击其说明图文中的超链接后，将转向网站后台的 Servlet，此时Servlet返回一个加载 3D场景的KML。客户端 IE收到 KML后，根据 KML下载 3D模型并加载，并移动视点到 3D场景的位置，如图4所示。在该场景中，用户可以进行任意 3D 漫游，观看仿真的 3D场景。
4 结束语
使用 Google Earth技术进行旅游景点场景展示，可以把网页、卫星影像图片、全景图虚拟场景、3D虚拟场景等各种数据整合在一起，是一种有效且灵活的场景展示方法。
参考文献
[1]刘晓波，张琴舜．一个基于 MulfiGen／Vega的虚拟场景漫游系统计算机应用，2002，22(12)：85—86．
[2]Zara J，Benes B．Visual Campeche：A Web Based VirtuaThree-dimensional Teur[C]//Proceedings of the 5th MexicanInternational Conference on Computer Science．Los Alamitos，USAIEEE Comput．Soc．，2004．
[3]Hernandez L A，Javier T Immersive Video for Virtual Tourism[C]Proceedings ofSPIE’O1．Orlando，USA：2001：63—73．
