基于Java3D实现井眼轨迹三维仿真研究

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基于JavaJava+3D的地层3维建模与可视化

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收稿日期：#))@=<)=<< ；修回日期：#))"=<<=<A 基金项目：中国地质调查局环境地质调查资助项目（ #))!<)@))))> ）作者简介：杨小冬（ <>AA=），男，湖北潜江人，博士生，主要研究方向为网络地理信息系统。 / N:D&：LE[; \ <*! ’ O%N
［ GI ］治算法和凸包算法。本文是采用凸包算法来
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数据来源与数据预处理
本文研究的数据来源于某地区地下水资源调
查评价中实际勘测的地质钻孔数据，其数据格式为武汉中地公司 ) $/ D>6 的离散 ?63 ! 明码格式
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矿井三维可视化仿真系统研究的开题报告

矿井三维可视化仿真系统研究的开题报告一、选题背景矿井是一个危险且特殊的工作环境，其地形地貌复杂，资源类型多样，有些矿井甚至存在可燃气体等危险物质。

为了保障矿工的安全和提高矿井生产效率，需要对矿井进行准确全面的管理和监控。

目前，矿井管理和监控主要依靠观察和手工记录，这种方法存在一定的误差和漏洞。

因此，矿井三维可视化仿真系统的研究具有十分重要的意义和应用价值。

二、目的和研究内容本研究旨在开发一套矿井三维可视化仿真系统，通过建立矿井数字模型、采用虚拟现实技术和数据挖掘技术，实现对矿井生产和管理的全面监测和控制。

具体研究内容如下：1. 建立矿井数字模型通过对实地矿井进行扫描和测量，使用三维建模软件建立矿井数字模型。

在数字模型中加入有关矿井地下通道、设备、人员等信息。

并将模型数据储存于数据库中。

2. 虚拟现实技术的应用利用虚拟现实技术，将数字模型模拟成逼真的可视化场景，实现对矿井生产和管理的实时监控。

并通过增强现实技术，将虚拟场景和实物相结合，快速定位和处理矿井生产过程中的异常情况。

3. 数据挖掘技术的应用利用数据挖掘技术，采集和分析矿井生产过程中所产生的数据，预测和识别可能存在的问题和危险，提供优化方案和建议，保障矿井的安全和高效运行。

三、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 建立可视化的三维矿井数字模型，储存于数据库中。

2. 利用虚拟现实技术，实现对矿井实时监控和管理。

3. 利用数据挖掘技术对矿井生产数据进行分析和预测，提供优化方案和建议。

四、研究方案和进度安排本研究计划分为以下四个阶段进行：1. 矿井数字模型的建立和储存，包括矿井地面和地下数字模型的建立、矿井信息的整理和储存、数字模型数据的存储与管理等，预计用时2个月。

2. 虚拟现实技术的应用，包括针对各类矿井场景的虚拟现实设计、加入增强现实技术，实现虚实结合，预计用时3个月。

3. 数据挖掘技术的应用，采集矿井的生产数据，进行数据分析、处理与挖掘，提供提高矿井生产效率的可行性方案，预计用时4个月。

石油钻井井眼轨迹三维可视化建模

石油钻井井眼轨迹三维可视化建模作者：张敏来源：《电脑知识与技术》2011年第13期摘要：为便于钻井人员直观地观察、分析及有效地控制井眼轨迹，该文从基于切片建立三维几何模型的思路出发，根据不规则三角网（TIN）构网和三维几何变换提出了一个新的筒状井眼轨迹的三维可视化建模方法。

该方法不需要对井眼轨迹弯曲处进行插值圆滑处理，高效快捷地实现了筒状井眼轨迹的无缝连接。

详细描述了井眼轨迹的建模方法，为“临境”观察、控制石油钻采的三维可视化打下了基础。

关键词：井眼轨迹；三维建模；三维可视化；切片中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)13-3182-02Modeling of 3D Visualization for Wellbore TrajectoryZHANG Min(Xi'an Shiyou University, Institute of Computer, Xi'an 710065, China)Abstract: In order to directly observe, analyze and effectively control the drilling trajectory for the drill staff, this paper puts forward a new method for the tubular wellbore trajectory which bases on slices modeling, Triangulated Irregular Network (TIN) and 3D geometric transformation. The method implements the 3D tubular wellbore trajectory seamless connection efficiently and conveniently without interpolation smoothing treatment ofthe wellbore trajectory's bender. It also details in the wellbore trajectory modeling and also lays the foundation for the "person on the scene" observation and controlling three-dimensional visualization of oil drilling.Key words: wellbore trajectory; 3D modeling; 3D visualization; slices近年来，随着计算机图形学和计算机技术的发展，计算机可视化技术不断普及，创建“虚拟世界”也不断掀起热潮，而建立具有真实感的三维可视化场景是建设“虚拟世界”的重要一步。

基于java3d的巷道三维可视化系统研究与实现

论文题目：基于Java3D的巷道三维可视化系统研究与实现作者姓名：潘德吉入学时间：2006年9月专业名称：大地测量学研究方向：城市与矿区与测量工程地理信息系统指导教师：卢秀山职称：教授田茂义副教授论文提交日期：2009年5月论文答辩日期：2009年6月日授予学位日期：The Research And Realize Of Tunnel3D Visualize SystemJava3D DBased On Java3A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree ofMASTER OF PHILOSOPHYfromShandong University of Science and TechnologybyPan DejiSupervisor:Professor Lu XiushanGeomatics CollegeMay2009声明本人呈交给山东科技大学的这篇工程硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。

该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。

硕士生签名：日期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation,submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Engineering in Shandong University of Science and Technology,is wholly my own work unless referenced of acknowledge.Thetted for qualification at any other academicsubmitteddocument has not been submiinstitute.Signature:Date:摘要矿山的三维可视化一直是数字矿山领域研究的热点方向。

基于VR三维井眼轨迹的可视化

基于VR三维井眼轨迹的可视化
随着世界油气资源格局的变化,如何在钻井过程中快速、准确的
选择路径成了当今油田作业的首要任务。

虚拟现实技术的快速发展为钻井工程沉浸式显示提供了条件,三维可视化技术的应用为预测一条
更加精准的钻井轨迹,为实现相邻井眼防碰撞处理、模拟井眼轨迹控制、专家远程决策以及为钻井工程操作人员的培训提供虚拟平台奠定基础。

区别于井眼轨迹数字仿真,本文将井眼轨迹的钻进形态以三维
立体的形式展示,辅之以虚拟地层、虚拟井场,再现一个沉浸式的虚拟钻井工程。

凭借VR沉浸式显示技术,创建的虚拟井场可实现井场漫游、起下钻控制等交互操作;创建的地层更具有现实地质的纹理、层次感;创建的三维井轨迹不仅可以模拟钻进过程,还能够实现地下漫游等交
互操作。

本文的主要研究内容有:(1)创建三维虚拟模型。

通过3Ds max 创建了井场、地层、井眼轨迹的三维模型,并进行优化;利用SP、PS
软件对三维模型进行渲染、贴图,真实再现虚拟物体;(2)搭建虚拟钻
井工程。

在Unity软件中构建虚拟钻井工程环境,添加植被、山水等
自然元素;导入三维模型,添加碰撞效果,音乐背景,增强用户的真实
体验;(3)人机交互界面设计及控制效果的添加。

利用UGUI系统创建
交互系统的初始界面、主界面及子界面;编辑脚本程序,实现起下钻、井场及地下漫游、井眼轨迹控制等交互功能。

借助VR设备,开发的三维虚拟可视化井眼轨迹交互系统能够再现虚拟钻井工程,给用户提供
一个沉浸式显示环境,增强了人机交互效果,实现了用户运动、观察、分析和决策等目的,为井眼轨迹优化、控制和预测提供了重要依据。

矿井三维模型可视化系统的设计与实现

矿井三维模型可视化系统的设计与实现摘要：巷道包含了复杂的拓扑信息和空间信息，是矿井其他信息的空间载体，其建模尤为重要。

本文针对矿井三维模型可视化的需要，设计并实现了一套基于Java语言的矿井三维可视化模型。

系统主要包括不同断面巷道模型的分类和参数化构建、矿井液压支架模型的实现、巷道纹理材质库的选择、光照选择，巷道漫游等。

关键词：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷道1引言数字矿山作为一种复杂的三维空间信息系统，不仅能够存储、分析和表达真实矿山中各种空间实体对象的属性信息，而且涉及大量复杂的空间定位特征及可能拓扑关系的组织和管理。

因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计算机中抽象的矿山世界的桥梁[1]。

本研究就是对矿井三维模型可视化系统进行设计与实现。

通过数字矿山建设至少可以在以下几个方面给矿山企业带来好处：1、提高矿山企业的生产效率和资源优化；2、加强矿山的安全管理，积极的预防矿难事故；3、降低决策的风险性，提高企业快速反应能力。

本文针对煤矿井下环境抽象出各类图元，在空间上模拟真实井下系统，实现了矿井三维模型可视化系统[2-3]。

2 JOGL图形库JOGL是Java对OpenGL API绑定的开源项目并设计为采用Java开发的应用程序提供2D/3D图形硬件支持。

JOGL对OpenGL 2.0[4-5]规范中的API和几乎所有第三方开发商的扩展提供完整访问，而且集成了AWT和Swing界面组件。

JOGL函数库的简单抽象要比高度抽象如Java 3D函数库执行起来高效的多，因为其大部分代码是自动生成的，所以JOGL的升级可以迅速的与OpenGL升级相统一[6-8]。

3矿井三维模型可视化的设计3.1巷道图元三维模型分析巷道由于存在于地下，其数据提取不像地表实体一样简单。

巷道图元与巷道图元间采用非直线形式，以实际角度进行弧形连接。

根据巷道的不同用途，其断面形状，宽度，高度也都不一样，所以可以从巷道断面形状入手抽象出几例模型。

井眼轨迹的三维显示毕业论文

井眼轨迹的三维显示毕业论文目录摘要................................................. 错误!未定义书签。

Abstract ............................................. 错误!未定义书签。

1 绪论 (1)1.1井眼轨迹三维显示技术产生的背景 (1)1.2井眼轨迹三维显示技术国外研究状况 (1)1.2.1井眼轨迹三维显示技术国外研究状况[8] (1)1.2.2井眼轨迹三维显示技术国研究状况 (2)1.3 本论文的主要研究容 (3)2 常规二维定向井轨道设计[11] (4)2.1 设计原则 (4)2.2 轨道类型及计算方法 (4)2.2.1 三段式轨道 (4)2.2.2 多靶三段式 (5)2.2.3 五段式轨道 (5)2.3 井段计算设计结果表述 (5)3 井眼轨迹测量及计算[10][11] (7)3.1 基本概念 (7)3.2 对井眼轨迹测斜计算数据的规定 (7)3.3 井眼轨迹计算的模型假设 (8)3.4 轨迹计算的方法 (9)3.4.1 平均角法 (10)3.4.2 校正平均角法 (11)3.4.3 弦步法 (12)4 井眼轨迹误差分析[22] (13)4.1 误差原因分析 (13)4.1.1 井位的误差 (13)4.1.2 井下测量误差 (13)4.1.3 计算误差 (14)4.2 小结 (15)5 井眼轨迹控制 (16)6 井眼轨迹三维显示软件的编制[12]～[21] (17)6.1 软件的功能简介 (17)6.2 软件的流程图 (17)6.3 软件窗体模块介绍 (17)6.3.1 用VB编制人机交互界面 (17)6.3.2 用VB编制计算机绘图管理程序 (17)6.4 软件的难点处理 (18)6.4.1.VB调用数据库数据 (18)6.4.2.VB与Matlab的衔接语句,以及MATLAB引用VB计算的数据[13] .. 196.4.3.Matlab软件绘制井眼轨迹管道三维立体图[12][14] (19)6.5 软件的不足 (19)6.6 软件运行环境 (20)6.6.1 硬件要求 (20)6.6.2 软件要求 (20)7 结论与展望 (21)致谢 (22)参考文献 (23)术语 (25)附录1：插图 (27)附录2：软件说明书 (33)1 绪论1.1井眼轨迹三维显示技术产生的背景随着石油工业的发展，井眼轨迹的三维显示已经成为钻井设计与钻井施工过程中不可回避的重大问题。

基于虚拟现实的三维井场虚拟环境建模研究

基于虚拟现实的三维井场虚拟环境建模研究中国石油大学（华东）硕士学位论文基于虚拟现实的三维井场虚拟环境建模研究姓名：李瑞民申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程指导教师：王延江20100501摘要近年来，随着石油资源成为国家战略的主要能源，石油的开采量越来越大，然而开采难度随着地质复杂情况不断加大，对钻井工人进行钻前模拟培训成为必要。

传统的钻井仿真系统通常是基于三维动画或者基于OpenGL、Flash技术，这种钻井仿真培训系统存在着种种问题，如实现的功能较单一、画面沉浸感不强、缺乏交互性。

随着虚拟现实技术在各行业有了长足的发展，将虚拟现实技术应用在钻井仿真培训中成为可能。

本文为了实现更加真实、更具有交互性的钻井仿真培训系统，使用虚拟现实技术建立三维井场虚拟环境，并且应用到仿真系统中。

本文在详细讨论虚拟现实技术特点、组成和应用的基础上，提出了一种基于虚拟现通信模块和数据库读取脚本，实现了虚拟司钻控制台通过网络动态控制三维井场虚拟环境的功能。

最后以正常钻进接单根为例，详细介绍了虚拟环境在钻井仿真中的使用方法。

本系统画面感真实、动态交互性能强，较好的模拟了真实的钻井井场环境，在实际应用中有一定的现实意义。

关键词：钻井仿真；虚拟现实；Virtools；三维井场建模onthree-dimensionalVirtualEnvironmentStudyDrillingbasedonVirtualModeling RealityLiRuimin InformationandCommunicationEngineerDirectedProfessorbyWangYanjiangAbstractInrecent theoilbecomesthemainsourceofofOuryears，as country’Senergystrategy,theamountof oilresourceis and theofexploring beginningbiggerbigger．Butdifficultyisasthe thesimulationforexploitationincreasingcomplicatedgeologycondition，SO trainingthe workersissimulationarebasedon necessary．Traditionaldrilling drilling systemsthree―dimensionalcartoonor andFlashthiskindof has OpenGL software，butsystemmanyasthefunctionis isnotofproblems，such single，immersefeeling verywell，shortinginteractive withthe ofvirtual inallkindsofnature，etc．Alongdeveloping realitytechniquemethodof virtual inenvironmentisindustry,the realityusing techniquedrilling becomingpossible．After the theuseofvirtualdiscussingcharacter,constitution，andrealitytechnique，thisthesis forwardanewmethodofthethree―dimensionalvi rtualbrings modeling drillingenvironmentonbasedVirtools studiesonthe ofVirtoolssoftware，and blocks，SDKbuildingsoftware．Thenwritethevirtualconsolesocketcommunicationanddrillingprogram，the SQLServer ofVirtoolsC++Builder．Thethree―dimensionalwellenvironmentcanbyscript drillingbecontrolledthevirtual console network．Atnormal andby drilling through last，thedrillingare thevirtualenvironmentin simulationconnectingsinglejointimplemented晰th drillingsystem．moreThe is interaction Cansimulatetherealvivid，hashighdynamicsystem ability,andenvironmentbeaendrillingKey Simulation；Virtualwords：Drilling DrillingEnvironmentModeling关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。

定向井轨迹误差分析及三维可视化描述研究的开题报告

定向井轨迹误差分析及三维可视化描述研究的开题报告一、问题背景定向井在石油勘探开发中具有重要作用，其轨迹控制对于保证钻井、完井以及生产等工作质量有着重要的影响。

定向井轨迹设计时存在着各种误差，这些误差可能导致钻探目标的偏移或者偏离，从而带来诸多问题。

为了减小这些误差的发生，需要对定向井轨迹误差进行分析及三维可视化描述。

二、研究内容1. 定向井轨迹误差分析：根据定向井轨迹设计的基本原则和要求，分析其误差来源，包括传感器误差、地质条件的不确定性、钻井平台动力学性质的影响等。

2. 三维可视化描述：借助于计算机绘图软件，设计三维模型，绘制定向井轨迹的立体几何图形，将实际井段数据与理论井段进行对比，通过可视化的方式来描述误差。

3. 模型验证：通过在实际井场的数据验证，检测误差的水平和方向，确定误差级别和影响范围。

三、研究意义本次研究的主要意义在于：1. 通过定向井轨迹误差分析，可以进一步了解各种误差对定向井轨迹设计的影响，从而减小误差的发生。

2. 通过三维可视化描述，可以更加直观、清晰地展示定向井轨迹的误差和规律，为后续的钻掘和生产管理提供决策依据。

3. 通过模型验证，可以验证误差分析和三维可视化描述的准确性和有效性，进一步提高定向井轨迹设计的可靠性和准确性。

四、研究方法本研究的主要方法包括文献研究法、现场实验法、三维数据分析法、可视化技术等。

文献研究法：通过查阅相关文献、参考资料，对钻探技术、传感器技术、井下储层物性等进行梳理和归纳，并建立相关的理论框架。

现场实验法：对钻探平台及其传感器进行测试和校准，获取野外井的实测数据。

三维数据分析法：通过采集井下测量数据和地层资料，建立三维地质模型，进行数据分析和建模。

可视化技术：通过三维软件进行建模、渲染、呈现，并通过图像、动画等形式展示定向井轨迹。

五、研究计划研究期限：2021年10月至2022年6月。

第一阶段：研究背景及文献综述（2021年10月至2021年11月）。

Java3D实现三维显示研究_曲毅民

Java3D实现三维显示研究曲毅民(哈尔滨理工大学,哈尔滨150080)摘要:Java3D用其自己定义的场景图和观察模式等技术构造了3D的上层结构,实现了在Java平台使用三维技术。

文中在原理上着重介绍Java3D特有的两个重要概念:场景图(Scene Graph)、观察模式(ViewModel)。

在接口使用上的介绍分为两部分:实例说明如何使用Java3D接口;说明如何将Java3D技术与Java原有的Web技术(JSP,Serverlet)相结合,在网页上实现三维显示。

关键词:Java3D;场景;Web中图分类号:TP317.4文献标识码:B文章编号:1009-2552(2005)04-0083-03The studies of Java3D realizes that the three-dimension showsQUYi-min(Harbin University of Science and Technology,Harbin150080,China)Abstract:Java3D observe mode,etc.technology upper strata structure to construct3Dwith scene picture thatoneself define their,have realized that uses three-dimensional technology in Java platform.This text intro-duces Java3D two peculiar important concepts emphatically on the principle:Scene picture(Scene Graph),observing the mode(ViewModel).Use the introduction on to be divided into two parts on the interface:Theinstance explains how to use Java3D interface;Explain how to combine Java3D technology with Java alreadyexisting Web technology(JSP,Serverlet),realize on the webpage that the three-dimension shows. Key words:Java3D;scene;Web1Java3D技术引入Java3D API是Sun定义的用于实现3D显示的接口。

应用三维地质建模技术设计井眼轨道的开题报告

应用三维地质建模技术设计井眼轨道的开题报告一、研究背景油气勘探是现代工业发展的重要支撑，而钻井是油气勘探的重要环节之一。

钻井成功与否直接决定着油气勘探成败。

在油气勘探中，井眼轨道设计是一个非常重要的工作，其合理性和高效性直接影响着钻井效率、钻井成本和钻井成功率，因此井眼轨道的设计在油气勘探中显得尤为重要。

爆炸物和牵引物、孔隙流等复杂的地质现象，使得井眼轨道设计变得十分复杂，为了设计出合理的井眼轨道，需要建立起准确的三维地质模型以指导设计方案。

三维地质建模技术是一种快速准确的地质分析方法，可以对岩石、矿床等复杂地质情况进行细致的分析和预测，其在油气勘探中的应用得到了越来越多的关注和应用。

因此，采用三维地质建模技术进行井眼轨道设计，既可以提高钻井效率和钻井质量，也可以减少钻井成本和减少探明油气资源的时间和人力投入，更重要的是可以减少钻井事故的发生率，为油气勘探提供更加有效的技术手段。

二、研究目的和意义本研究旨在采用三维地质建模技术进行井眼轨道设计，通过对复杂的地质情况进行细致的分析和预测，设计出最合理的井眼轨道，提高钻井效率和钻井质量，减少钻井成本和探明油气资源的时间和人力投入，同时减少钻井事故的发生率，为油气勘探提供更加有效的技术手段。

三、研究内容1. 了解三维地质建模技术的基本原理和发展现状，分析其在井眼轨道设计中的应用。

2. 收集相关地质数据，分析其特点，建立三维地质模型。

3. 对井眼轨道设计中的各种因素进行分析，制定相应的井眼轨道设计方案。

4. 对设计方案进行优化调整，得到最优的井眼轨道设计方案。

5. 对设计方案进行模拟预测，评估其实际效果和经济效益。

四、研究步骤1. 收集井眼轨道设计相关数据，包括地质图、地质测井、钻井记录等等。

2. 初步处理数据，对数据进行质量检验和处理。

3. 基于三维地质建模技术，建立起准确的地质模型。

4. 对井眼轨道设计中的各种因素进行分析，制定相应的井眼轨道设计方案。

基于Java3D实现井眼轨迹三维仿真研究

基于Java3D实现井眼轨迹三维仿真研究
钟原
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2010(017)007
【摘要】利用计算机可视化图形技术,将设计和实钻的井眼轨迹实现维可视化,获得两者之间模型的差异,实现对实钻作业的指导.提出利用参数均匀插值算法实现将离散的井眼轨迹数据平滑化,在理论研究的基础上.利用Java3D平台开发实现了三维井眼轨迹仿真系统.
【总页数】2页(P3-4)
【作者】钟原
【作者单位】西南石油大学,四川,成都,610500
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于OPENGL的井眼轨迹三维可视化系统的实现 [J], 王志军;杨涛;徐森;李娟;许捐奇;刘青;刘海越;朱德胜
2.基于井筒切片技术的三维井眼轨迹软件的设计与实现 [J], 黄志强;李洋;郑双进
3.基于MATLAB的钻井井眼轨迹三维仿真研究 [J], 王鸿雁;肖文生;刘忠砚;姜立杰;田雪;王现锋
4.基于Web的三维实时井眼轨迹可视化方法研究与实现 [J], 张洋弘;孙歧峰;邵尉;段毛毛;段友祥
5.Java3D在井眼轨迹三维几何变换中的应用 [J], 钟原
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基于Unity 3D的钻井工程三维动态仿真

基于Unity 3D的钻井工程三维动态仿真霍爱清;李少辉;李浩平【摘要】以石油钻井井场为原型,对井场的设备布局、结构、运动过程等进行剖析,实现对石油钻井井场设备的动态仿真.通过3D max软件建立了井场的三维模型、优化模型并且搭建出整个井场的虚拟场景,将建立好的模型导入Unity 3D软件中,并且利用Unity 3D软件建立沙漠地形、天空、树木等虚拟场景的必需元素.借助软件自带的脚本编程功能和物理引擎对石油井场的设备运动进行动态仿真和交互设计,实现了对虚拟场景中的设备模型平移、后退、旋转等运动控制,完成了石油钻井八大作业系统.起升钻柱实验结果证明,所设计的钻井工程三维动态仿真系统具有良好的三维性、交互性和逼真性,为建立石油钻井虚拟仿真培训平台奠定了基础.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(033)006【总页数】5页(P79-83)【关键词】钻井工程;虚拟现实技术;三维建模;Unity3D;动态仿真【作者】霍爱清;李少辉;李浩平【作者单位】西安石油大学电子工程学院陕西省油气井测控技术重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学电子工程学院陕西省油气井测控技术重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学电子工程学院陕西省油气井测控技术重点实验室,陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TP391;TE928引言虚拟现实技术是一门新型的综合性信息技术，是科技领域中研究的一个热点，受到了社会的广泛关注[1]。

随着虚拟现实技术身临其境的逼真效果逐渐被应用到各种工业仿真设计之中，对动态的、三维的、实时可交互的三维虚拟仿真系统的需求日益迫切[2]。

在众多的虚拟开发软件中，Unity 3D软件是开发虚拟产品的一个非常好的平台，目前利用Unity 3D软件开发的虚拟系统已经在工业领域得到了广泛的应用。

在石油钻井工程中，钻井过程相当复杂，人们要了解和学习整个钻井过程只能通过阅读书本、观看视频、讲师授课、参观设备等方式，这样的学习方式形式过于单一，缺乏趣味、缺少交互性[3]。

基于虚拟现实技术的钻井仿真系统设计

基于虚拟现实技术的钻井仿真系统设计王武礼;王延江;李瑞民【摘要】Because the drilling simulation system based on 3D animation and OpenGL technology has not strong immersion and good interaction, a drilling simulation system based on virtual reality technology was developed. The model calculation software was designed on the basis of mathematical modeling to process of drilling, which can realistically reflect the changes of parameters in drilling field. Dynamic drilling virtual scene was realized by constructing a complex drilling equipment model with 3D MAX software and using behavior block control independent movement of each model in Virtools platform. In the hardware platform coordination, this scene can simulate all kinds of drilling operation process vividly, such as drilling, tripping, making a connection, screwing on, screwing off and so on. The realization of the system provides a new way for the training of oil-fixed safety task operation, has certain value to spread.%针对基于三维动画和OpenGL技术的钻井仿真系统存在画面沉浸感不强、交互性差等不足,开发了基于虚拟现实技术钻井仿真系统.在对钻井过程进行数学建模的基础上,设计了模型计算软件,该软件逼真地再现了钻井现场参数的变化情况.利用3D MAX建模软件构建了复杂的钻井设备模型,并在Virtools平台下利用行为模块控制各模型独立的运动,实现了动态的钻井虚拟场景.该场景在硬件平台的配合下,能够逼真地再现钻进、起下钻、接单根、上扣、卸扣等几十种钻井工艺流程.该系统的实现为油田安全作业的培训提供了一条新的途径,具有一定推广价值.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2011(021)009【总页数】5页(P171-174,178)【关键词】虚拟现实;钻井仿真系统;数学建模;Virtools;动态场景【作者】王武礼;王延江;李瑞民【作者单位】中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东东营257061;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东东营257061;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东东营257061【正文语种】中文【中图分类】TP3190 引言钻井过程中可能会遇到各种各样的问题，特别是井涌，如控制不当，则有可能发展为井喷，造成严重的钻井事故。

基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术的研究与实践的开题报告

基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术的研究与实践的开题报告一、研究背景随着计算机技术的不断发展，网络三维实景可视化技术也日益成熟，以其真实、直观、交互等特点，受到了广泛的关注。

其应用领域也越来越广泛，如虚拟现实、电子商务、城市规划等。

而JAVA3D作为一种基于JAVA平台的三维图形开发工具，其优点在于简单易用、跨平台等，因此越来越受到人们的青睐。

本课题旨在研究基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术，在Java平台下实现基于网络的实景三维可视化系统，并将其应用到城市规划领域中。

二、研究内容1.网络三维实景可视化技术的相关研究2.JAVA3D的相关知识和技术3.城市规划场景的分析与设计4.基于JAVA3D的网络三维实景可视化系统的开发5.系统测试与优化三、研究意义1.为城市规划领域提供一种全新的可视化手段，帮助人们更好地理解和规划城市2.推广JAVA3D技术在三维图形开发领域的应用，拓展JAVA应用领域3.为网络实景可视化技术的研究和应用提供一种有效的方法和思路四、研究方法本课题采用文献研究、案例分析、软件开发、系统测试等方法。

五、预期结果本课题预期结果为：基于JAVA3D的网络三维实景可视化系统的开发，并应用于城市规划领域，实现城市规划场景的三维可视化、交互、漫游等功能，提高城市规划的效率和精度。

六、研究进度安排第一阶段（1-2周）：文献研究和JAVA3D技术学习第二阶段（3-4周）：城市规划场景的分析与设计第三阶段（5-6周）：系统开发和测试第四阶段（7-8周）：系统调试、优化和完善第五阶段（9-10周）：撰写毕业论文，并进行答辩七、存在的问题和解决办法在研究过程中可能会遇到JAVA3D技术难以掌握、城市规划场景设计的瓶颈、系统开发的复杂性等问题。

针对这些问题，我们将采取逐步深入、灵活应对的策略，如多实践、多探究，多请教专家等。

钻井轨道设计与井眼轨迹监测三维可视化系统

2002年11月第17卷第6期西安石油学院学报(自然科学版)Journal of X i ′an Petro leum Institute (N atural Science Editi on )N ov .2002V o l .17N o.6 收稿日期:2002209225 作者简介:孙正义(19602),男,山东梁山人,高级工程师,主要从事信息技术在钻井中的应用研究. 文章编号:100125361(2002)0620071204钻井轨道设计与井眼轨迹监测三维可视化系统3D V isua l iz i ng Syste m for the D esign and M on itor i ng of W ell Track孙正义1,李玉2,杨敏2(11胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营　257017;　21上海交通大学计算机工程与科学系,上海　200030)摘要:采用了软件实现与硬件实现相结合,前者为主,后者为辅的策略,实现了虚拟现实技术中的三维图形与图像、立体显示、人机交互,并将其成功地应用于钻井轨道设计与井眼轨迹监测中.解决了钻井轨道设计与井眼轨迹监测的三维可视化问题.经加载埕北30区块的地层、设计轨道、靶点、实钻轨迹等数据进行测试,取得了很好的成果.整个系统用V C ++6.0和O PEN GL ,辅助以必要的硬件配置,成功地开发完成.关键词:虚拟现实;钻井轨道设计;立体显示;三维可视化中图分类号:T P 39119,T E 928 文献标识码:A 随着计算机技术的发展,人们开始要求计算机能再现真实的世界,因而计算机技术也正从多媒体时代向虚拟现实迈进.虚拟现实(简称V R :V irtual R eality )是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统.虚拟世界是全体虚拟环境或给定仿真对象的全体.虚拟环境是计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于用户,使之产生身临其境的感觉的交互式景视仿真[1].3I 是虚拟现实的3个最基本特征,即:沉浸2交互2构想[124].虚拟现实技术主要包括:实时三维图形与图像技术、立体显示技术、人机交互技术、虚拟声响技术等[5].虚拟现实技术从概念的提出至今不过30多年,但是,它在航天、军事、机械制造业、机器人技术等领域得到了快速发展和应用.在石油勘探开发领域,少数领先的国际石油软件公司,如LANDM A R K ,Paradigm 开发出了三维立体的地下信息显示系统,但是,在国内的钻井软件方面,还未见虚拟现实技术的实际应用.因此,基于虚拟现实技术的钻井软件开发,具有开创性的意义.1　钻井轨道设计基本要求钻井轨道设计就是在已知井位坐标(或侧钻点坐标)、靶点坐标的条件下,设计出从井口至靶点的空间光滑曲线,并且该空间曲线能够在现有工艺技术及设备下实现.井眼轨迹监测就是根据钻井参数采集仪器传递的数据,实时显示实钻轨迹,使技术人员可以随时直观地观察轨迹走向,了解钻井深度,以及轨迹穿越地层的情况等.钻井轨道设计与井眼轨迹监测三维可视化系统是为油田钻井现场和后方技术部门研制的一套辅助的应用系统.111　地下虚拟环境的建立1.1.1　三维立体显示地层　以三维立体的方式显示地层,可以清楚地看到地层的起伏,使技术人员对地下情况及钻进情况有直观的了解,达到根据地层构造的特点,调整钻井工艺的目的.1.1.2　三维立体显示老井井眼轨迹　三维立体显示老井井眼轨迹,便于比较老井眼与新井眼轨迹的位置,计算轨迹间的最近距离,达到防碰的目的.1.1.3　三维立体显示设计轨道　三维立体显示设计轨道,使技术人员可以观察、分析实钻轨迹与设计轨道的偏差,以便调整钻井工艺.1.1.4　三维立体显示靶点　三维立体显示设计的靶点,可以对靶点区域进行放大,当钻井轨迹到了靶点附近时,使技术人员能够准确地观察和控制轨迹走向.1.1.5　三维立体显示实钻轨迹　根据钻井参数采集仪器传递的数据,实时三维立体显示实钻轨迹,使技术人员可以随时直观地观察轨迹走向,了解钻井深度,以及轨迹穿越地层的情况.112　人机交互性1.2.1　对三维模型进行灵活控制　可以对三维模型进行旋转、平移、缩放、改变填充方式等操作,使用户能够从任意角度、任意位置观察三维对象.同时,可在任意深度、以任意角度作切面,从而方便地观察相关井眼轨迹间的相对位置.1.2.2　编辑调整轨迹数据　技术人员可根据现场情况,对设计轨道进行调整,调整后数据重新三维显示.1.2.3　鼠标位置读取三维信息1.2.4　虚拟轨道设计　设计人员在虚拟场景中,直接用鼠标在三维空间中设计钻井轨道.2　井眼轨迹监测三维可视化系统的实现采用软件实现与硬件实现[5]相结合,前者为主,后者为辅的策略来设计与开发桌面式的钻井轨道设计与井眼轨迹监测系统.任何先进技术在应用过程中都需进行裁减,而非全部照搬,根据系统的特点和功能要求,主要选取虚拟现实技术中的三维图形与图像技术、立体显示技术、人机交互技术.211　软件实现2.1.1　地下虚拟环境的生成　(1)三维空间建模虚拟环境中的静态对象有:地层、老井井眼轨迹、设计轨道、靶点等;动态对象只有实钻的井眼轨迹.现实中的许多物体并非规则的,这就涉及到建模的概念,问题是如何用尽可能简单的模型来表示三维物体,并使人眼看不出差别.以地层为例:地层的三维形态表现为曲面,需用许多小矩形来模拟,因此地层数据就是网格数据.我们把网格间距规定为固定大小,这样,只需知道起始点(左上角或左下角)的X ,Y 坐标和网格间距,便可知道曲面上任一网格顶点的X ,Y 坐标.因此,只需保存各网格顶点的深度Z 坐标.地层数据可采用经过处理的三维数据体文件,或直接从开发数据库中读取相关数据,处理成地层三维数据.计算出地层曲面上各顶点的法向量,然后便可进行三维显示.计算地层曲面上的某一顶点的法向量,前提条件是将每个网格的左上角顶点与右下角顶点相连,使整个网格分成两个三角形,步骤如下.第一步:计算与该顶点相邻的所有三角形的面向量.以计算左上角的一个三角形的面向量为例,其中i ,j 分别为顶点的行、列序号;coo rdA rray 是地层对象的所有点的数据;coo rdN o r m al 是顶点的法向量miGridCo lum n 是网格的列数triangleCoun t 是与该点相邻的面的个数…coo rd [0]=[i 3m iGridCo lum n +j -1];coo rd [1]=coo rdA rray [(i +1)3m iGridCo l 2um n +j ];coo rd [2]=coo rdA rray [i 3m iGridCo lum n +j ];Calcu lateT riangleN o r m al (coo rd ,&n t );调用面向量计算nSum .x +=n t .x ;nSum .y +=n t .y ;nSum .z +=n t .z ;triangleCoun t ++;第二步:与该顶点相邻的所有面向量都计算完后,求其平均,便可得到该点的法向量coo rdN o r m al ->x =nSum .x triangleCoun t ;coo rdN o r m al ->y =nSum .y triangleCoun t ;coo rdN o r m al ->z =nSum .z triangleCoun t ;(2)立体显示为了提高视觉的真实效果,增强用户与虚拟环境进行交互的真实感,在本系统中我们采用立体显示技术.对同一个场景产生两幅画面,一幅给左眼看,另一幅提供给右眼.为了立体地显示一幅画面,必须满足以下条件[6]:(a )显卡必须能够在stereo m ode 模式下工作(即支持立体现实);(b )每一幅为左眼提供的画面必须在后左缓存中生成;(c )每一幅为右眼提供的画面必须在后右缓存中生成;(d )左、右两个缓存必须根据立体观察设备(例如立体眼镜)的要求进行显示.其中第一、第四条由硬件提供的.OpenGL 支持立体显示,它分别为左、右眼提供前、后缓存.具体实—27—西安石油学院学报(自然科学版)现如下:其中,I OD 为两眼间距离…doub le fu si onD istance =1280; 图1中的Fu 2si on D istancem dA ngle =atan 2(m _d I OD2,fu si onD is 2tance )3(1803.14159265); 图1中的angle gl M atrix M ode (GL _M OD ELV IE W );gl L oad Iden tity ();3the defau lt m atrix 3 glPu sh M atrix ();gl D rawB uffer (GLBA CK L EFT );D raw Scene (1);绘制场景(左眼)glPopM atrix ();gl D rawB uffer (GL _BA CK _R IGH T );D raw Scene (0); 绘制场景(右眼)…vo id COpenGLD rilling 3DC trl ::D raw Scene (in tleft )绘制场景{　…if (left ==1) glT ran slatef (m d I OD2.f ,0,0);else if (left ==0) glT ran slatef (-m d I OD 2.f ,0,0);…if (left ==1) glRo tatef (m dA ngle ,0.f ,0.f ,1.f );elseif (left ==0) glRo tatef (-m dA ngle ,0.f ,0.f ,1.f );… 绘制地层、井眼轨迹等对象.}图1　三维可视化几何图角度的计算公式[6]:angle =arctan (fu si on distanceI OD 2)(3)光源设置设置一个发光点,以及它所覆盖的范围,以模拟日常生活中的各种情景,如日光、点光源等.虽然地下的真实情况是无光照的,但是为了让人能够看到地下的情况,加入了光源.光源越多,模拟效果越好,但是所需的计算很大,在本系统中,设置了3个光源,取得了理想的效果.(4)透视效果简单说就是远小近大的效果,通过透视投影来实现.float radtheta ;radtheta =2.03atan 2(dSize 30.8,dD is 2tance );dFovy =(180.03radtheta ) P I ; 计算视角dN ear =.53dSize ;近视切面dFar =23dSize +dD istance ;远视切面dA spect =(GL doub le )(cx 32 3) (GL doub le )cy ;gluPerspective (dFovy ,dA sp ect ,dN ear ,(GL doub le )dFar ); 设置透视投影矩阵…2.1.2　人机交互性的实现　在本系统中,人机的交互性主要表现在,用户使用鼠标或键盘对屏幕上显示的三维模型进行实时操作(例如:旋转、移动、缩放等),利用鼠标在任意深度以任意角度作切面,通过鼠标位置读取三维信息等.(1)实时移动的实现在本系统中,通过改变视点的位置和观察方向,再将移动后的视点仍作为坐标原点,观察的方向仍然规定为负Z 轴方向.这样,各三维对象在新坐标系内的坐标都将改变,观察者所看到图像也就随之改变.(2)实时操纵的软件实现在本系统中,使用者的动作主要是鼠标的单击、双击、拖放等.通过这些行为事件来触发相应的程序,从而达到根据用户的动作来改变地下虚拟场景中三维对象(地层、井眼轨迹、设计轨道等)的状态的目的.在根据鼠标的位置来显示用户所需信息时,存在一个问题,即鼠标本身的位置是一个二维坐标.如何在三维系统中来定位一个三维坐标,我们采用的方法是:三维的虚拟现实系统中,显示器是二维的.所以,对象在显示器上都有其对应的二维坐标.当鼠标点击对象时,系统将鼠标所在位置转化成虚拟现实系统中的三维坐标,这样就实现了用鼠标来定位三维对象的坐标.然后,再根据鼠标的动作,来决定—37—孙正义等:钻井轨道设计与井眼轨迹监测三维可视化系统相应的操作(例如显示用户所需信息等).以旋转为例:当鼠标左键按下并开始旋转移动时,执行O n M ou se M ove (),计算出绕各坐标轴旋转的角度,然后使屏幕画面无效,重画场景.这样便达到了技术人员通过操作鼠标来控制三维模型使其旋转的目的,实现了人机的简单交互.本系统中其他的人机交互性的实现方法与此类似.2.2　硬件实现为了达到系统的要求,有了软件生成的图像后,还必须有以下硬件的支持.①专业三维图形卡:支持立体显示,即将左、右眼的图像存放在两个不同的缓存中,并且两个缓存按照一定的频率交替将图像显示在屏幕上.②立体眼镜:两个镜片会交替着瞬间不透光,并且其交替的频率必须与显卡的交替频率保持一致.③红外控制器:通过红外控制器使显卡与立体眼镜保持同步.3　结束语本研究实现了钻井轨道设计与井眼轨迹监测三维可视化系统.系统完成后,加载了埕北30区块的地层、设计轨道、靶点、实钻轨迹等数据进行了测试.结果表明,该软件已能清楚地三维立体显示地层、井眼轨迹、靶点等信息,并通过对三维模型的灵活操作,使操作人员从任意角度、任意位置身临其境地观察地下情况,实现了根据钻井参数实时显示井眼轨迹的功能,达到了预期效果.在国内,该系统是第一个将V R 技术应用到钻井轨道设计与轨迹监测系统的软件.系统操作简便,适应性强,硬件的可选择性多,对于现场监测只需少量投资.今后,我们还要建立地下场景数据库,将更多的地下信息(比如水层、油层等)纳入进来,使地下信息更丰富、更真实;其次,将更多的虚拟现实的技术应用进来,使系统功能不断完善.参考文献:[1]　胡社教,陈宗海.虚拟现实技术及应用[J ].合肥工业大学学报(自然科学版).2001,24(2).[2]　汪成为.灵境技术的理论、实现与应用[M ].北京:清华大学出版社,1996:1202140.[3]　朱晓华.地理科学中的虚拟现实技术及其应用[J ].南京师大学报(自然科学版),1999,22(3).[4]　向文国.虚拟现实技术在热动力系统仿真中的应用[J ].计算机应用研究,2000,(8).[5]　张旆.WWW 上的虚拟现实技术2V RM L 语言[M ].北京:电子工业出版社,1998,1902210.[6]　Tom M cR eyno lds ,D avid B lythe .P rogramm ing w ithOpenGL ,A dvanced R endering [C ].O rganized by Tom M cR eyno lds Silicon Graph ics ,1998.编辑:张新宝科学家利用碳纳米管制造出坚硬材料据新华网报道:美国科学家发现,用一层碳纳米管、一层聚合物层层交叠出的“夹心饼干式碳纳米管”具有超强硬度,可与工程中使用的超硬陶瓷材料媲美。