基于虚拟现实的管道供水仿真系统使用说明书.docx

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基于虚拟现实的管道供水仿真系统使用说明书

第一章系统概述

1.1系统介绍

“基于虚拟现实的管道供水仿真系统”是基于客户／服务器模式,其中服务器提供VRML文件及支持资源客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器交互式访问该文件描述的虚拟境界。

因为浏览器是本地平台提供的，从而实现了和硬件平台的无关性。

VRML象HTML一样，是一种ASCII码描述语言，它是一套告诉浏览器如何创建一个三维世界并在其中航行的指令，这些指令由再现器解释执行，再现器是一个内置于浏览器中或外部的程序。

由于VRML是一个三维造型和渲染的图形描述性语言，复杂的3D术语转换为动态虚拟世界是高速的硬件和浏览器，又由于其交互性强和跨平台性，使虚拟现实在Internet上有着广泛的应用，例如远程教育、商业宣传等等。

为此本公司研发出“基于VRML的虚拟模型软件”,从用户的角度来说，基本上是HTML加上第三维，但从开发者角度来说，VRML环境的产生提供了一套完全的新标准，新过程以及新的Web技术。

交叉平台和浏览器的兼容性是首先要解决的问题。

设计之前，必须明确指定目标平台（PC、Mac、SGI的新O2等等），CPU速度、可以运行的带宽以及最适合使用的VRML浏览器。

1.2系统功能概述

1.建模

“基于虚拟现实的管道供水仿真系统”的建造概念和其他工程建模概念相似，必须解决交流的问题，画出草图并研究材质的处理，生成模型、空间、化身，但必须考虑一些技术的限制，如，考虑到目标平台，决定在VRML文件中放入多少多边图形；预先考虑到基于虚拟现实的管道供水仿真系统执行的动作，把相应的目标归类，用于设定三维物体之间的相互联系，建模与动画相互配合，如果归类正确合适，就会缩小生成动画效果之后文件的体积。

虚拟现实的设计中必须考虑加入重力和碰撞的效果，以使虚拟现实的场景和生活中的相似。

建模者需要生成代理几何模块（一系列的调用指令），其作用在于是浏览器在虚拟现实场景中只需监测一个很小的子目标，而无须计算虚拟场景中所有目标的重力和碰撞效果，最大限度的减少浏览器的工作量，并改善VRML的演示效果。

VRML文件对自由曲面描述方式一直是基于polygon，文件中描述了曲面上各个点在场景中的位置，故而文件中产生了大量的数字，致使文件体积庞大，NURBS是一种在3D模型空间中，用曲线和曲面表示物体轮廓和形状的方法，简化了对复杂曲面的描述，“基于虚拟现实的管道供水仿真系统”的扩展标准里已经加入了NURBS的描述语句，使得三维模型文件变得很小，另外，VRML文件格式支持Zip压缩，也使模型文件体积进一步缩小，减少对网络带宽的要求，却不影响浏览效果。

2.生成行为并设定功能

“基于虚拟现实的管道供水仿真系统”的交互性很强，用户可以通过化身（用户在虚拟空间的代表）与其他的用户化身“面对面”交流和沟通，真正实现WWW上的多人环境，而它的实现需要编制复杂的行为。

VRML制作的内容应当能在所有的浏览器上运行。

一种方法是使用动画，动画可以使VRML世界更加逼真，许多制作程序都需要用大量的时间检测节点来驱动动画，但同时也占用大量的CPU工作时间，减少时间检测节点的数量并在其不执行实时工作时关闭是提高VRML文件运行性能的通用方法。

另一种方法是通过语言编制复杂的行为，“基于虚拟现实的管道供水仿真系统”互动性很强，除了包括内部的属性，更支持Java、ECMAScript（JavaScript）、VRMLScript，甚至CGI等的接口，以便建立真3D虚拟社区。

3.其他功能特点：

（1）文件管理功能

（2）文件编辑功能

（3）具有预览功能

（4）方便快捷的材质编辑功能

（5）方便下载VRML资源

1.3技术环境

1.硬件环境

⏹CPU：

P43.0G以上；

⏹内存：

1GB以上；

⏹硬盘：

硬盘80G；

2.软件环境

⏹数据库：

Oracle10gXE。

⏹应用服务器：

Tomcat5.5应用服务器软件。

⏹JDK版本：

JDK1.4

⏹操作系统：

WindowsXP

⏹IE浏览器为6.0以上

第二章系统功能说明

2.1登录界面

如下图2-1所示，双击“基于虚拟现实的管道供水仿真系统”的快捷方式，启动程序。

图2-1快捷方式

进入登录窗体，如下图2-2所示。

图2-2登录窗口

输入相关的用户，及密码和验证码后，点击确定按钮，即可进入系统主界面。

其中用户为用户姓名全拼，初始密码为六个一，建议用户登录后修改自己的密码。

进入虚拟模型软件主界面。

如图2-3所示。

2.2系统功能介绍

输入正确的用户名和密码之后，并单击“开始”-----“高级仿真”命令，出现状况如下图2-3所示的仿真界面。

图2-3基于虚拟现实的管道供水仿真系统主界面

右击仿真导航器的DACHILUNmodel1.prt，选择“新建仿真”，如下图2-4所示，单击确定，出现下图2-5所示；再单击确定。

图2-4新建模型

图2-5创建解算方案

将齿轮设为显示部件，单击“材料属性”，选材如图2-6所示：

图2-7指派材料界面

单击“3D四面体网格”对齿轮进行网格划分，如下图；单击确定后，即可显示网格。

如图2-8所示。

图2-83D四面体网格

右击仿真导航器的DACHILUNmodel1_fem1.fem，选择“显示仿真---DACHILUNmodel1_sim1.sim”，如图2-9所示。

图2-9显示仿真模型

右击“Constraints”，选择“固定约束”，步骤如图2-10所示：

图2-10固定约束

右击“loads”,选择“力”，输入数据，并选择受力的齿面，如图；单击“确定”后，如图2-11所示：

图2-11矢量校准

图2-12求解界面

单击“解算”，如图，并确定，知道出现如下图：

并关闭上面3个图框。

如图2-13所示。

图2-13解算界面

选择“后处理导航器”中的“位移---节点的”、“旋转---节点的”、“应力---基本的”、“应力---单元节点”分别出现下图（从上到下），完成齿轮的有限元分析。

如图2-14所示。

图2-14模型处理有限元分析

图2-15模型处理有限元分析

图2-16压力单元节点分析

进入运动仿真模块，新建仿真，隐藏无关组件,，如下图2-17所示：

图2-17运动仿真

单击【连杆】，创建如下固定连杆:

图2-18固定连接杆模型

单击【连杆】，创建以下非固定连杆：

如图2-19所示。

图2-19连杆模型

单击【运动副】，选择旋转副，创建如下运动副：

图2-20旋转副界面

单击【齿轮】，创建两个齿轮副：

图2-21所示。

图2-21齿轮副配置界面

确定输入端轴的初速度，如下图2-22所示：

图2-22输入端轴的初速度设定

进行解算方案，如下图：

图2-23预算方案

进行求解，单击【动画】，观察齿轮运动状况如下图2-24所示：

图2-24动画界面

9、建立图表如下图2-25所示

图2-25虚拟模型动态图

第三章注意事项

熟悉WWW的人都知道，受HTML的限制，网页只能是平面的结构，就算JAVA语言能够为网页增色不少，但也仅仅停留在平面设计阶段，而且实现环境与浏览者的动态交互是非常繁琐的。

于是VRML应运而生。

尤其是VRML2.0标准，被称为第二代Web语言，它改变了WWW上单调、交互性差的弱点，将人的行为作为浏览的主题，所有的表现都随操作者行为的改变而改变。

VRML创造的是一个可进入、可参与的世界。

你可以在计算机网络上看到一幅幅生动、逼真的三维立体世界，你可以在里面自由的遨游；你可以将网络上流行的MUD游戏转换为立体图形世界；你可以将你公司的主页改编成三维主页，让浏览者领略到你公司的实貌，而不仅仅是简单的文本、表格...VRML是一种国际标准，其规范由国际标准化组织（ISO）定义，MIME类型为x-world/x-vrml，它的表现与操作系统平台无关。

VRML1.0只能创建静态的3D景物，你可以在它们之间移动，来测览三维世界。

VRML1.0是基于SGI公司的OpenInventor的文件格式，也是它的一个子集，是一种流行的3D图形的格式，并可链接到一般的WWW页。

VRML1.0的立体链接，即构成了VRML的世界。

可以看出，用VRML1.0很容易做出三维物体，这也正是VRML1.0的基本目的所在。

另外，有些厂家将VRML1.0进行了扩展，使其可以实现一些动画功能和交互性，但只能在Live3D的环境下运行。

由于VRML1.0的种种限制，VRML2.0的产生也就是不可避免的。

VRML1.0只能创建静态的3D景物。

因此虽然能用WML1.0来建立用户的虚拟代表，它们却不能做其他任何事情。

但是，VRML2.0能够改变这一点，它增加了行为，可以让物体旋转、行走、滚动、改变颜色和大小。

比较起来，VRML2.0比VRML1.0有了长足的进步，其巨大的改变，正如当年Microsoft公司的Window95比之Windows3.0的进步。

　基于虚拟现实的管道供水仿真系统在实际应用中比较广泛，但是有一些特别的注意事项值得我们注意。

人机界面的设计过程注意事项：

　　1创建系统功能的外部模型设计模型主要是考虑软件的数据结构、总体结构和过程性描述，界面设计一般只作为附属品，只有对用户的情况（包括年龄、性别、心理情况、文化程度、个性、种族背景等）有所了解，才能设计出有效的用户界面；根据终端用户对未来系统的假想（简称系统假想）设计用户模型，最终使之与系统实现后得到的系统映象（系统的外部特征）相吻合，用户才能对系统感到满意并能有效的使用它；建立用户模型时要充分考虑系统假想给出的信息，系统映象必须准确地反映系统的语法和语义信息。

总之，只有了解用户、了解任务才能设计出好的人机界面。

　　2确定为完成此系统功能人和计算机应分别完成的任务

　　任务分析有两种途径。

一种是从实际出发，通过对原有处于手工或半手工状态下的应用系统的剖析，将其映射为在人机界面上执行的一组类似的任务；另一种是通过研究系统的需求规格说明，导出一组与用户模型和系统假想相协调的用户任务。

　　逐步求精和面向对象分析等技术同样适用于任务分析。

逐步求精技术可把任务不断划分为子任务，直至对每个任务的要求都十分清楚；而采用面向对象分析技术可识别出与应用有关的所有客观的对象以及与对象关联的动作。

　　3考虑界面设计中的典型问题

　　设计任何一个机界面，一般必须考虑系统响应时间、用户求助机制、错误信息处理和命令方式四个方面。

系统响应时间过长是交互式系统中用户抱怨最多的问题，除了响应时间的绝对长短外，用户对不同命令在响应时间上的差别亦很在意，若过于悬殊用户将难以接受；用户求助机制宜采用集成式，避免叠加式系统导致用户求助某项指南而不得不浏览大量无关信息；错误和警告信息必须选用用户明了、含义准确的术语描述，同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。

此外，显示出错信息时，若再辅以听觉（铃声）、视觉（专用颜色）刺激，则效果更佳；命令方式最好是菜单与键盘命令并存，供用户选用。

　　4借助CASE工具构造界面原型，并真正实现设计模型软件模型一旦确定，即可构造一个软件原形，此时仅有用户界面部分，此原形交用户评审，根据反馈意见修改后再交给用户评审，直至与用户模型和系统假想一致为止。