油田集输系统离心泵倒泵的模拟演练毕业设计Word文件下载.docx

油田集输系统离心泵倒泵的模拟演练毕业设计Word文件下载.docx

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soperationprocessandthethree-dimensionalanimationuses3DMaxsoftwaretodesign,implementsthe3Dmodeling,materialquality,rendering,lighting,animationandotheroperations,showsthebasicoverviewofcentrifugalpumpinvertedpump.Recreatestheoilfieldgatheringandtransferringsystemofcentrifugalpumpinvertedpump'

soperatingprocedures.ThisprojectusesPhotoshoptooptimizethemodelmaterialtoachievemorerealisticresults.AndbytheexhibitionofVirtools5.0,completeintegrationexistingofathree-dimensionalmodel.

Keyword:

Simulation;

Centrifugalpumpinvertedpump;

3DMaxanimation;

Virtools5.0

第1章绪论

随着社会物质文明的发展，科学技术水平与大众欣赏层次的进一步提高，以及人们需求的不断增长，动画所涉及的领域越来越广。

比如现今比较热门的计算机三维动画。

三维动画是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一门新兴技术。

三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹，虚拟摄像机的运动和其它的动画参数，最后按要求为模型附加特定的材质，并打上灯光[1]。

当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。

1.1选题背景及意义

随着信息化水平的提高，以三维技术为代表的信息技术已渗透到油田的建设生产中。

三维技术在仿真模拟培训中的应用，是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，三维技术主要运用建模，渲染，贴图，动画等技术实现离心泵倒泵的制作，以达到清晰直观的了解油田集输系统离心泵倒泵的过程为目的。

是油田信息化建设的一个重要标识。

对油田集输系统离心泵倒泵进行直观的描述，使油田集输系统离心泵倒泵过程能够更清晰、直观、逼真的显示给大家。

油田集输系统离心泵倒泵动画制作作为油田仿真模拟培训的重要项目，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对独立新型的技术。

随着计算机技术的普及的，计算机图形学才逐步拓展到诸如油田集输系统离心泵倒泵这种需要三维动画设计的领域。

随着电脑软硬件的进一步发展，计算机图形处理技术的应用得到了空前的发展，本文油田集输系统离心泵倒泵的三维动画设计就是计算机图形处理技术下的产物。

类似于离心泵倒泵的三维动画的运用可以说无处不在，今天电脑的功能愈来愈强大。

仿真模拟培训的应用也越来越广泛，虚拟仿真培训技术在油田中应用的目的是为了提高工作人员的技术熟练水平，在较短的时间、尽可能节省资源的情况下，使培训者熟练地掌握离心泵倒泵的工作过程以及操作流程。

仿真模拟培训以信息技术、仿真技术、仿真培训技术等为支持。

计算机仿真技术得到了蓬勃的发展，已经从传统的工程领域扩展到非工程领域，在社会经济系统、生态系统、生物医学系统、能源系统、教育培训系统等得到了广泛应用。

仿真模拟培训技术因为它的独特魅力已被油田建设发现，将广泛应用于油田信息化建设中。

1.2仿真培训技术的基本概念

1.2.1仿真培训技术概述

仿真培训技术（VirtualRealityTechnology，简称VRT）的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等技术交叉与综合的结果。

以仿真培训技术为代表的新型人机交互技术旨在探索自然和谐的人机关系，使人机界面从以视觉感知为主发展到包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉和动觉等多种感觉通道感知；

从以手动输入为主发展到包括语音、手势、姿势和视线等多种效应通道输入。

可以做出如下定义：

“仿真培训”就是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。

这种系统生成的各种虚拟环境，作用于用户的视觉、听觉、触觉，使用户产生身临其境的感觉，沉浸其中。

而所谓虚拟世界则是虚拟环境或给定仿真对象的集合。

1.2.2仿真培训技术的特征

美国科学家BurdeaG在和philippeCoiefft曾在1993年的Electro93国际会议上发表的“VirtualRealitySystemApplieation”一文中，提出一个“仿真培训技术的三角形”，简洁说明仿真培训系统的基本特性（沉浸一交互一构想），如图1-1所示。

图1-1仿真培训系统的基本特性

（1）沉浸性即用户置身于一个高度“真实”的多维信息空间，感知被虚拟世界所包围，好像完全融入其中一样，产生身临其境的感觉。

理想虚拟环境应该使用户到达难以分辨真假的程度，要达到这个目标，就要求虚拟环境提供人类所具有的一切感知能力，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉。

（2）交互性指用户通过自然的动作与虚拟世界中各种对象进行相互交互的能力。

交互能力使得用户能够对虚拟环境进行实时操作从虚拟环境中得到反馈。

交互过程中最重要的因素是实时性，实时性是指计算机响应用户输入并立即改变虚拟环境状态的时间。

实时性不好，在交互时就存在较大的延迟。

（3）构想是指用户通过对虚拟环境中物体的操纵与观察加深对事物的认识和理解，提高感性与理性认识，从而启发新的构思。

VR系统中虚拟环境设计不仅可以来自真实世界，也可来自人的想象世界。

特别是将现实生活中出现的复杂、危险环境，用虚拟技术显现出来，使用户得到亲历与锻炼机会，从而提高认识问题、解决问题的能力。

作为虚拟世界的创造者，想象力己成为虚拟系统设计中的一个关键问题。

总之，这三个“I”强调了在虚拟环境中人的主导作用，过去人只能从计算机系统的外部去观察计算处理的结果，通过仿真培训技术能使用户沉浸到计算机系统所创建的虚拟环境中，通过鼠标、键盘、头盔等外设与虚拟环境发生交互作用;

过去人只能从定量计算为主的结果中得到启发而加深对事物的认识，现在则可以从定性定量综合集成的环境中得到灵感和理性认识而深化概念和萌发新的创意。

1.3仿真培训技术的应用

在现实世界中，有些环境人们难于身临其境或者实现条件过高、费用过大，而仿真培训却能超越时间与空间、现实与抽象，将各种无法接触的环境再现于人们的面前，为人类发展提供了一个新的途径。

仿真培训已应用于军事、教育、医学、产品设计、科学可视化、训练、建筑、娱乐、艺术等各个方面。

军事方面，美国的仿真培训技术不仅已用于作战计划、战场准备，还用于对新型武器的性能评估。

主要的使用系统有美国陆军的SIMNET坦克训练系统，它能模拟坦克的全部特性，包括导航、武器、传感器和显示等性能。

还有美国海军的ASW反潜作战系统。

仿真培训技术应用用于解剖学和病理学教学，外科手术仿真等，比利用活体进行培训和实验更加安全、经济和方便。

仿真培训技术还可用于人体康复和改善人生活质量。

教育与培训方面，由于场景更加逼真，大大提高了人们的想象力、激发了受教育者的学习兴趣，学习效果十分显著。

学生们可以运用仿真培训技术学习解剖和探访各大星系，如银河系、太阳系等。

场景漫游是仿真培训技术的应用之一。

目前许多大型的房地产开发商和建筑装修工程机构已经通过向客户提供建筑虚拟漫游系统来为顾客提供产品外观和装潢效果模型。

场景漫游系统也将彻底地改变建筑设计的传统模式，让客户直观地走进建筑师的设计效果图中，身临其境地感受建筑的空间感观、外形特点以及设计效果，并可提供实时修改的功能，使得设计更符合客户的个性需求。

除此外，虚拟场景的漫游使人们可以足不出户就能欣赏到世界各地的名胜古迹，一方面为人们的娱乐增添情趣，另一方面在保护自然景观及文化遗产等方面也有重大意义。

第2章开发工具

三维技术支持下的油田集输系统离心泵倒泵动画直观清晰的描述了离心泵倒泵的模拟与演练的过程，方便培训人员理解、分析、讨论、修理和改进，使油田集输系统离心泵倒泵的模拟与演练的过程以生动的三维动画形式展现出来。

3DMAX是一个融专业功能、视觉表现、理论知识于一体的综合性三维造型软件，由最初的小型3DStudio（DOS版的三维软件）发展到如今的主流三维软件。

它涉及的领域主要有动画设计、三维造型设计、影视片头、标题广告、工业设计、建筑设计和大多媒体制作等。

由于它的操作主要是在PC机上完成，并具有同任何其他大型三维制作软件相抗衡的能力，因此倍受业内人士的喜爱和推崇。

与此同时，3DMAX强的多方兼容性也使得它的制作与表现方式更加多样化，为更多的用户提供了学习与创作的机会。

通过本人认真考虑，本系统采用了3DMax作为开发工具。

建立模型即创立和管理一个系统的表示。

这个系统即可以是单个对象，也可以是对象集合，它的一种表示称为系统的一个模型。

系统模型可以用图形或符号定义，也可以完全描述性的定义。

建立模型首先要实现的就是对系统的定义，虚拟场景一般是复杂的对象系统，对它的描述必须包括场景中所有对象。

所谓三维模型就是用三维图形来定义的系统模型。

仿真培训系统是将各种先进的硬件和软件技术集合在一起的、极其复杂的系统，又必须具有灵活性、可移植性与实时交互的特性，因此提供一种使用方便、功能强大的系统开发支撑软件尤为重要。

在本系统中我们采用3DMAX和Virtools5.0Dev作为开发工具。

在工业全球化协作分工的大背景下，我国企业广泛、深入应用三维设计技术、油田院校加大三维创新设计方面的教育，已是大势所趋。

三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。

随着计算机硬件性能不断提高，应用软件技术日趋成熟，三维技术的制作平台已从价格昂贵的SGI高档图形工作站下降至个人计算机，应用的范围也走进包括科技影视制作在内的各个领域。

三维技术普及化是必然的趋势。

2.1建模工具3DMax的简介

数年前，AutDoesk公司推出了可在个人计算机上运行的三维动画软件D3Studio（三维）。

它的全称是3DimensionStudio，译成中文应该是“三维影像制作室”。

3DStudio做X（以下简称MAx）是以三维S4.0为基础的升级版本，它以全新的Windwos界面及更强大的功能展示在我们面前。

用撇X来制作三维动画就像是当一个大导演—一切的角色、道具、灯光、摄像机、场景（包括如云、雾、雪、闪电等特效场面）及配音、镜头的剪辑合成等等都任你来安排处理。

如重庆师范大学硕士学位论文第三章虚拟建模技术探讨。

如果你是一位设计家，用MAX来设计产品模型的感觉就像是雕塑家和魔术师，复杂的模型几乎是在瞬间就奇迹般地建立起来了。

而用做X修改创建的模型更是轻而易举的事，完全可以把宝贵的时间和精力集中用在使设计更加完美更加理想上。

MAX适合于从事下列任何一种职业的专家或业余爱好者:

电影特技、立体和影视动画广告设计、工业设计、建筑和室内装演设计、包装与装演设计、三维游戏开发、软件开发程序员（制作软件片头）、教学多媒体演示制作、军事科学研究和物理、化学或生物化学研究以及所有对三维动画和立体造型感兴趣的广大电脑玩家等。

3DMAX是全球销售量最好的专业建模及三维动画制作软件之一。

迄今为止，3DStudioMAX软件已经由最初的1.0版本发展到8.0版本，本系统采用的是三维SMAX7.0。

7.0版本涵盖了以往版本的各种功能，是一种全新的软件，采用全新的操作系统，运用面向对象的概念，基于Visualc++语言开发出来的具有专业质量的动画和渲染软件。

3DMAX系统拥有许多优良的特性，具体包括：

用户界面提供了强大的灵活性和工作能力，多操作系统支持，系统在Windows9x、WindowsXP上都可以运行，造型命令和编辑修改命令，功能相当强大，多线程渲染（Rendering），气象万千的材质编辑器（MaterialEditor），方便控制和编辑动画顺序的对话框（TrackView），支持核心构件插入技术（CoreComponentPlug-In），功能强大的编辑调整器堆栈，HEIDI阴影显示技术，可以在实时阴影环境中工作，有很多的第三方插件可供利用。

3DStudioMax，简称3DMax或者Max，是AUTODESK公司开发的基于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3DStudio系列软件，最新版本是2012，在WindowsNT出现以前，工业级的CG制作是被SGI图形工作站所垄断。

3DStudioMax+WindowsNT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，开始运用于电脑游戏中的动画制作，后来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。

如今3DMax制作的三维动画效果完全可以和图形工作站上的三维动画软件制作的效果相媲美。

近八年来，PC机上使用的三维软件越来越多，目前国际上最为流行的有：

3DMax、Maya、Softimage/XSI、Cinema4D、Lightwave三维、zbrush、Houdini等。

从此开创了个人CG的三维动画时代。

三维技术为我们带来了动画制作上的创新，视觉语言的独特性和便捷的制作手段，使得三维技术具有了独特的优势，角色使用灵活，着色渲染高效，震撼的场景空间感和绚丽多彩的后期特效，强调仿真性。

三维动画画面立体感较强，光线明暗层次丰富，视觉效果逼真写实。

人物、场景均用真实的“体积”模型来表现立体感，这也正是三维动画最大的优势。

三维动画经过长期的发展才有了今天的辉煌局面，到目前为止可以分为三个阶段：

1995年至2000年是第一阶段，此阶段是三维动画的起步以及初步发展时期。

2001年至2003年为第二阶段，此阶段是三维动画的迅猛发展时期。

从2004年开始，三维动画影片步入其发展的第三阶段—全盛时期。

2009年上半年，作为世界领先的设计和数字内部创建资源提供商，Autodesk公司将推出3DMax2010版本。

这次在新版本中体现全面整合的思想，旗下产品AutoCAD2010、Inventor2010、Revit2010、3DMax2010将会有一个统一的界面，称之为“AIRMax”。

新版本提供一种新的石墨建模工具：

GraphiteModelingTools，把当今流行的多边形建模工具向上提升到全新层次，提供至少100种新的工具，可以自由地设计和制作复杂的多边形模型。

Autodesk公司的这一举措意味着3DMax将在建筑、工业产品设计上大展宏图，充分体现从产品构思到二维制图到三维成型的整条产品生产线的操作。

大大增强了3DMax软件的优势，巩固了其在建筑建模上的垄断地位。

“AIRMax”昭示着3DMax正朝着建筑、工业产品开发设计、游戏的方向大步迈进。

3DMax大量应用于游戏的场景、角色建模和游戏动画制作。

3DMax参与了大量的游戏制作，大名鼎鼎的《古墓丽影》系列就是3DMax的杰作。

即使是个人爱好者利用3DMax，也能够轻松地制作一些动画角色。

对于3DMax的应用范围，只要充分发挥想象力，就可以将其运用在许多设计领域。

此外，绘制建筑效果图和室内装修是3DMax系列产品最早的应用之一。

先前的版本由于技术不完善，制作完成后，经常需要用位图软件加以处理，而现在的3DMax直接渲染输出的效果就能够达到实际应用水平，更由于动画技术和后期处理技术的提高，这方面最新的应用是制作大型社区的电视动画广告。

由于3DMax等软件的出色建模功能，能够制作出仿真度很高的三维模型，因此也被广泛应用于室内设计、例如沙发模型、客厅模型、餐厅模型、卧室模型，室内设计效果图模型等。

2.2辅助工具Photoshop简介

PhotoshopCS3全称AdobePhotoshopCS3Extended，也称作Photoshop10.0（中文版本于2007年7月17日在上海国际会议中心发布）。

Photoshop是Adobe公司旗下最为出名的图像处理软件之一。

多数人对于photoshop的了解仅限于“一个很好的图像编辑软件”，并不知道它的诸多应用方面，实际上，Photoshop的应用领域很广泛的，在图像、图形、文字、视频、出版等各方面都有涉及。

AdobePhotoshop是公认的最好的平面美术设计软件。

由Adobe公司开发设计。

其用户界面易懂，功能完善，性能稳定，所以，几乎所有的广告、出版、软件公司，Photoshop都是首选的平面设计工具。

Photoshop的专长在于图像的处理，而不是图形的创作。

有必要区分一下这两个概念。

图像处理是对已有的位图图像进行，编辑加工处理以及运用一些特殊效果，其重点在于对图像的处理加工；

图形创作软件是按照自己的构思创意，使用矢量图形来设计图形，这类软件主要有Adobe公司的另一个著名软件Illustrator和Micromedia公司的Freehand。

在80年代的10年中，随着电脑的发展推广，电脑桌上排版（DeskTopPublishing，DTP）和数字印前行业（Prepress）得以迅速发展，使电脑的输出展现出新的面貌。

通过专业的设备，图像自电脑直接输出的精度、准确和美观的程度，几乎可以同照片媲美，甚至在某些方面远远超出照片的效果。

从功能上看，Photoshop可分为图像编辑、图像合成、校色调色及特效制作部分等。

图像编辑是图像处理的基础，可以对图像做各种变换如放大、缩小、旋转、倾斜、镜像、透视等。

也可进行复制、去除斑点、修补、修饰图像的残损等。

这在婚纱摄影、人像处理制作中有非常大的用途，去除人像上不满意的部分，进行美化加工，得到让人非常满意的效果。

图像合成则是将几幅图像通过图层操作、工具应用合成完整的、传达明确意义的图像，这是美术设计的必经之路；

该软件提供的绘图工具让外来图像与创意很好地融合，成为可能使图像的合成天衣无缝。

校色调色是该软件中深具威力的功能之一，可方便快捷地对图像的颜色进行明暗、色偏的调整和校正，也可在不同颜色进行切换以满足图像在不同领域如网页设计、印刷、多媒体等方面应用。

特效制作在该软件中主要由滤镜、通道及工具综合应用完成。

包括图像的特效创意和特效字的制作，如油画、浮雕、石膏画、素描等常用的传统美术技巧都可藉由该软件特效完成。

而各种特效字的制作更是很多美术设计师热衷于该软件的研究的原因。

2.3虚拟环境平台Virtools5.0简介

Virtools5.0是一套整合软件，由以下五个部分构成，创作应用程序、行为引擎、渲染引擎、WEB播放器、SDK。

它可以将现有常用的档案格式整合在一起，如三维的模型、2D图形或是音效等。

Virtools5.0是一套具备丰富的互动行为模块的实时三维环境虚拟实境编辑软件，可以让没有程序基础的美术人员利用内置的行为模块快速制作出许多不同用途的三维产品，随着三维/VR技术的日益成熟，与数字娱乐教育体系的逐步建构完成，极大地推动了三维/VR丰富蓬勃的发展，引来了全球数字内容产业的关注。

Virtools5.0是三维虚拟和互动技术的集成[2]。

Virtools5.0Dev是一个创作应用程序，允许快速容易的生成丰富、对话式的三维作品。

通过Virtools5.0的行为技术，给符合工业标准的模型、动画、图像和声音等媒体带来活力。

Virtools5.0是一个交互引擎---即Virtools5.0对行为进行处理。

行为是某个元件如何在环境中行为的描述。

Virtools5.0提供了许多可再用的行为模块，图解式的界面几乎可以产生任何类型交互内容，而不用写一行程序代码。

对于习惯编程者，提供VSL语言，它通过存取SDK，作为对图形编辑器的补充。

Virtools5.0也有许多管理器，它帮助交互引擎完成它的任务。

某些管理器如（SoundManager）对于动作引擎是外部的，一些管理器如（TimeManager）对于动作引擎是内部的。

Virtools5.0有四个主要的元素，分别续述如下：

首先是Virtools5.0Library:

可称为CK，提供三维实时的互动行为。

其次Virtools5.0Application:

整合与制作的环境平台，就是Virtools5.0的操作环境。

然后Virtools5.0Viewer:

可以执行有Application所制作出来的内容，这里指的是Virtools5.0的web-plug-in与standaloneplayer。

最后是Virtools5.0SDK（SoftwareDevelopmentKit）:

允许使用者新增Virtools5.0的功能，内含各个行为模块的原始代码，供使用者参考或者修改。

Virtools5.0的制作流程分为五个部分：

首先是动态计算：

key\morphanimation在依执行时会先行计算，也就是当你使用“Char