石油工程论文

目录

第1章概述 (1)

1.1系统开发背景 (1)

1.2系统开发的方法 (2)

1.3系统开发的意义 (2)

第2章系统开发工具 (3)

2.1 3DS MAX建模工具 (3)

2.2 Virtools Dev开发工具的介绍 (5)

第3章油田起油管操作考评系统分析 (8)

3.1需求性分析 (8)

3.2设计性分析 (8)

3.3系统功能模块图 (9)

3.4程序流程图 (10)

第4章三维场景和物体模型的建立 (12)

4.1三维模型与贴图的限制 (12)

4.3 模型的转换 (14)

4.4 模型导入到Virtools (20)

4.5 模型导入到Virtools后黑的原因 (21)

第5章考评系统的实现 (22)

5.1菜单选项的实现 (22)

5.2系统操作的实现 (23)

5.3测试系统 (28)

结论 (29)

参考文献 (30)

致谢 (31)

第1章概述

1.1系统开发背景

1.1.1 虚拟现实技术

虚拟现实，或虚拟实境（Virtual Reality，VR），也称为灵境技术或人工环境，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。VR综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验[1]。

VR技术具有超越现实的虚拟性。虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机。它的一个主要功能是生成虚拟境界的图形，故此又称为图形工作站。目前在此领域应用最广泛的是SGI、SUN等生产厂商生产的专用工作站，但近年来基于Intel 奔腾Ⅲ（Ⅳ代）代芯片的和图形加速卡的微机图形工作站性能价格比优异，有可能异军突起。图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档的头盔显示器在屏蔽现实世界的同时，提供高分辨率、大视场角的虚拟场景，并带有立体声耳机，可以使人产生强烈的沉浸感[2]。其他外设主要用于实现与虚拟现实的交互功能，包括数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。虚拟现实技术的应用前景十分广阔，它始于军事和航空航天领域的需求，但近年来，虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面，它正在改变着我们的生活[3]。

1.1.2 系统开发的需求

在油田作业过程中使用到的油田自动化抽油设备包括：抽油机、油管、井口等，这些设备在长期的使用过程中，可能受到磨损、或是赃物堵塞等原因，需要进行定期拆卸、维修和清洗，然而操作危险性很大，一旦操作不当就可能会造成重大经济损失或人员伤亡。

为了减少油田的经济损失，避免不必要的人员伤亡，所以需要开发小修作业

仿真操作系统，这是一个虚拟训练和操作考评系统，使员工在虚拟的场景中有身临其境的感觉，通过人机交互的方式学习、训练操作技术，旨在减少操作过程中的危险性，提高员工的实际安全操作能力，进而提高油田安全生产的实践水平。整个系统包括设备的拆卸、维修，以及清洗几个部分，本文主要是针对拆卸过程中起油管这一关键操作，开发的油田起油管操作考评系统，是小修作业仿真操作系统中的一个子系统。

1.2系统开发的方法

油田起油管操作考评系统是利用3DS MAX 和Virtools三维交互开发工具共同开发的系统。在熟悉系统流程后，利用3DS MAX软件进行精细和精简建模，建立起油管操作考评系统的油管、吊环、吊卡、大钩、液压钳等模型，并建立操作场景。基于Photoshop软件制作相应的工具、天空、地面等场景的贴图。这样就建立出了逼真的立体模型。利用3DS MAX的导出插件3DS MAX Exporter for Virtools 把制作好的3D模型导出，导入到Virtools中，并在Virtools中设置好场景。进一步结合现场场景需求设计流程，利用Virtools为三维场景以物体进行驱动编程，建立脚本并加入相应的Building Blocks 完成相应的动作，实现操作系统，最终把设计好的操作系统导出为Web应用程序。

1.3系统开发的意义

虚拟现实的仿真培训系统主要为油田常见的、易发生操作事故的环节而设计，能为生产操作过程提供一套交互的安全操作仿真平台，使安全操作的培训更加易于接受，既节省人力物力又效果明显，从而大大提高油田安全生产的管理水平和实践水平。通过该系统的应用，可以使受训人员既能进行知识学习又能进行技能训练，不仅降低了传统培训实际操作的危险，而且节省人力物力，也减少了不必要的损失，收到了良好的效果。同时还能使这些环节联系更加密切，使受训员工对于每个部分都深入了解，往往能学到现实当中无法接触的东西。既能为员工提供学习知识的机会，又能为他们提供提高技能的场所。

第2章系统开发工具

2.1 3DS MAX建模工具

2.1.1 3DS MAX简介

3D Studio MAX，常简称为3DS MAX或MAX，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并），基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于DOS操作系统的3D Studio系列软件，最新版本是2010。在Windows NT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。3D Studio MAX + Windows NT 组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等[4]。

在应用范围方面，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学及工程可视化等领域。拥有强大功能的3DS MAX被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是3DS MAX的杰作。在影视特效方面也有一定的应用。而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中，3DS MAX的使用率更是占据了绝对的优势。根据不同行业的应用特点对3DS MAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相对来说要局限性大一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大，特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些；影视特效方面的应用则把3DS MAX的功能发挥到了极致[5]。

最初的3D Studio产品由Yost Group为DOS平台制作，由Autodesk发行。Autodesk从第二版开始买下接下来两个版本的标志和内核开发。在3D Studio Release 4后，产品转到Windows NT平台，名字改为“3D Studio MAX”。此版本还是Yost Group制作，由从Autodesk拆分的Kinetix发行。稍后，产品名称改为“3ds max”，为了符合位于蒙特利尔的Discreet公司的命名标准。之后Discreet被Autodesk收购，在第八版产品又重新打上Autodesk的标志，名称又变为“3DS MAX” [6]。

2.1.2 3DS MAX的应用领域

该软件应用领域非常广泛：

1) 建筑可视化与虚拟现实（architectural visualization）