三维仿真论文范文

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第1篇

论文关键词：三维虚拟仿真技术，物流，教学

 

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

第2篇

1改革的重点与具体措施

1．1教学方法三维可视化为了解决大学生在学习过程中理解困难和前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的教学问题［3］，教学团队将物理建模思想应用于教学实践中，通过三维可视化仿真，使复杂、抽象、烦琐的理论模型变得直观、具体、明了．例如:针对“空间光通信创新实验”课程中的光学天线设计及光传输、激光雷达成像和光子晶体光纤光传输等进行了三维动态可视化仿真．在对前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的情况下，拟采用理论建模与仿真验证方法来实现．

1．2创新实践自主化为了解决自主创新实践能力训练不足的教学问题［4］，教学团队将光通信、微波光子学等交叉学科前沿技术与创新实践相结合，构建了“空间光通信”开放式创新实践平台，建设了综合型、设计型、创新型的开放式专业实验室．依托开放式创新实践平台，开展了大学生自主研究型学习，着力加强大学生自主创新实践能力的培养［5，6］．加强科研促教，拓展创新思维，在“985高校”大学生创新训练计划支持下，实施了创新设计项目40余项．依托科研项目把学生带到学术前沿，进行了形式多样的学术研讨:教授、副教授、博士、硕士、本科生分别定期做主题报告、分组讨论、网上论坛、参加国际国内会议和暑期夏令营等方式促进学术交流，形成良好的学术氛围．学生在开放式专业实验室里自主进行理论建模、仿真设计与实验验证，在规定时间内撰写学术论文等，开展了大学生自主创新能力的培养模式．

1．3多元化的教学评价体系为了解决传统评价方式缺乏对创新实践、仿真设计与课程论文等环节的评价的教学问题［7，8］，教学团队将理论考试和平时成绩相结合，实验操作与自主创新实践相结合，理论建模仿真与课程论文相结合，构成了多元化的评价体系．例如:把理论考试成绩所占的比例下调到60%，而课程论文的比例上升到40%，通过创新项目和课程论文等方式评价学生的学习;通过课程论文答辩方式，依据“假设的合理性、建模的创新性、结果的准确性、表达的清晰性”进行综合评定，实现从应试教育到素质教育的观念性转变．引领学生朝着有利于自身全面发展的方向努力．

1．5开放式教学资源建设为了解决传统教学资源不足的问题，教学团队加强了师资队伍的建设，进行了广泛的国际、国内教学研讨和学术交流．重点建设了丰富的数字化网络资源平台网络课程含教学录相、典型实例、创新设计系列实验教案、经典物理问题、及在线实践编程等模块;适时引入在线答疑、网络论坛及现场演示与讨论等交互式教学形式，形成了模块化、交互式、开放式教学资源平台．

2改革与实践的探索

实例1大学生在牛顿式光学天线系统测试平台(图1)上做的部分实验内容:图2为接收光斑实验测试，图3为利用光束质量诊断仪器测试光斑．通过三维可视化仿真，使复杂、抽象、烦琐的空间光通信系统中的激光传输理论模型变得直观、具体、明了，解决大学生在学习过程中理解困难的教学问题(大学生创新实验设计项目)。例如:老师们课堂上在讲解光子晶体的应用———布拉格光纤光传输特性时，就采用了仿真验证手段．通过详细举例以此来鼓励学生启迪思维、大胆创新设计、勇于实践．以下是学生们根据题目的要求，在老师的指导下做的部分仿真结果图．实例2等周期结构的布拉格光纤仿真(见图4—图6)．实例3空间光通信系统激光传输特性仿真(见图7—图8)．实例4波动方程的(动态)三维可视化(见图9)．图9波动方程(动态)三维可视化图形实例5平面波用柱面波形式展开(见图10)．图10平面波展开为柱面波仿真结果图形以上是具有代表性的大学生创新实验设计．“缺陷的光子晶体在偏振分束器等光学器件中的应用”(大学生参与者:黄鹤、刘天骄、陈逸舟)被学校推荐为2010年国家级大学生创新性实验计划项目;“推帚式激光雷达三维成像创新设计”(大学生参与者:谢国洋、顾大超、童磊)被学校推荐为2011年国家级大学生创新性实验计划项目．通过这种创新事例，能很好地锻炼和培养大学生的创造能力，大大激发了学生的创新欲望和学习兴趣．

3改革的实施成果

该课程未实行教学改革以前，我们实行的是传统教学模式(理论教学+笔试成绩+实验成绩)，教学成果不理想．自从2009年本教学团队开展了对“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索以来，特别是加强了针对“空间光通信创新实验”课程中的创新实践平台及《数学物理方法与仿真》、《光学天线设计》、《空间光通信创新设计实验》3本教材的重点建设．建立了1个基于大学生创新基地的空间光通信工程技术研究中心;并依托这个创新实践平台，开展了一系列的教学和科研项目．1)研发了十余个综合创新设计实验，例如:“卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析实验”、“光纤损耗与光纤耦合实验”、“激光准直与多波长光学天线传输实验”、“无线激光大气通信实验”等;2)2012年数学物理方法、三维可视化仿真及创新实践的“三位一体”教学模式改革获电子科技大学教学改革成果一等奖;3)教改项目:2009年“数学物理方法”教学研究与精品课程建设”，2010年“数学物理方法精品课程教学团队建设与改革”;4)团队教师指导大学生创新基金项目40余项，指导大学生40余篇(SCI收录6篇);5)开展了一系列高水平的科研项目，获得了国家自然科学基金项目2项，国家自然科学青年基金项目3项以及横向建设项目等;6)2011年建设了电子科技大学第一座2．0kW单晶硅太阳能发电站，并实现并网发电，以作为大学生新能源创新课题教学示范所用．7)发表教研论文20余篇、科研论文100余篇．取得了显著的教学成果，形成了交叉性学科前沿与创新实践相结合的人才培养模式．(教改前后对比情况见表1)．

4结论

第3篇

关键词三维建模技术；结构优化；模型优化；层次模型

中图分类号TP301文献标识码A文章编号1000-2537（2014）02-0090-05

为了在计算机的虚拟环境中生动形象地模拟自然环境之中人的视觉、听觉、嗅觉以及运动等行为，虚拟现实技术应运而生[1].经过近几年的发展，该项技术已成为计算机领域的一个新型研究方向，获得国内外学者以及企业的广泛关注并引起浓厚的研究兴趣[2-3].在虚拟现实技术中，三维建模是该技术的一个关键步骤和核心技术，也是实现虚拟现实系统的基础[4].由于虚拟现实系统需要较高的实时性，而三维建模的优劣直接影响整个这类系统的实时性[5]，这使得三维建模成为了此项技术的研究热点，而三维建模流程的优化又成为了重中之重.

目前，关于三维建模流程的优化研究主要集中在模型阶段，其中部分研究取得了较好的实际应用效果[6-7].然而，如果在三维建模之前各模型分块不合理的话，就会导致建模过程耗时较大，从而大大降低系统的实时性.针对这种情况，论文基于过程的思想，从结构优化、模型优化两方面对整个三维建模流程进行优化.同时，论文还提出了一个新型层次模型简化算法以进一步缩减三维建模流程中模型间优化的时间间隔.

6结束语

论文对三维建模进行研究，基于过程优化思想，提出了一个新的三维建模流程优化方法.同时，针对其中的模型简化也进行了研究，提出了一个层次性模型简化算法.通过模拟联合站系统实验表明，所提三维建模流程优化方法在建模总体效果和实时性两个方面，都具有一定的优越性.

参考文献：

[1]叶南阳. 手机振动影响及模式优化设计研究[J]. 湖南师范大学自然科学学报， 2012，35（2）：28-30.

[2]周德吉，武殿梁，邱世广. 虚拟现实环境中包含虚拟人的全要素装配操作仿真[J]. 计算机集成制造系统， 2012，18（10）：2183-2190.

[3]傅招国，王天威，倪小鹏. 基于Virtools的虚拟现实技术及在特种设备教学中的应用[J]. 计算机工程与科学， 2012，34（6）：97-100.

[4]CHEN G， LI B， TIAN F L， et al. Design and implementation of a 3D ocean virtual reality and visualization engine[J]. J Ocean Univ China， 2012，11（4）：481-487.

[5]谭正华，王李管，熊书敏. 基于实测边界线的地下巷道三维建模方法[J]. 中南大学学报：自然科学版， 2012，43（2）：626-631.

[6]潘荣江，高孝洋，关防利. 基于平面设计图的高速公路三维建模[J].系统仿真学报， 2012，24（1）：17-20.

[7]LI Z L， ZHI R P， ZHAO C W， et al. The 3D modeling of blades of multiphase flow helico-axial pumps rotor based on solidworks[J]. Computer Aided Drafting， Design and Manufacturing， 2011，21（2）：1-6.

[8]DU Q L， DU T N， ZHAO H F， et al. The comparison of different degree of convexity and 3D modeling of involute hyperbolic arch dam[J]. Computer Aided Drafting， Design and Manufacturing， 2011，21（2）：7-12.

[9]吕翠华，陈秀萍，张东明. 基于三维激光扫描技术的建筑物三维建模方法[J]. 科学技术与工程， 2012，12（10）：2410-2414.

[10]许伟冬，刘国栋，刘龙. 机场供电仿真虚拟环境的研究[J].计算机仿真， 2012，29（10）：47-51.

[11]董纯柱，殷红成，王超.基于射线管分裂方法的SAR 场景快速消隐技术[J].雷达学报， 2012，1（4）：436-440.

[12]韦婷黎，展荣，侯能.基于可编程GPU 的三维地形场景中树的渲染优化技术[J]. 科学技术与工程， 2012，12（26）：6834-6839.

第4篇

【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

第5篇

关键词：数字高程；三维可视化；弹道仿真；颜色映射

中图分类号：TP302.8 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）16-3823-03

弹道仿真是弹道导弹总体设计及弹道设计的重要内容，许多学者在进行弹道仿真时往往注重的是弹道的数值计算，并进行二维的平面弹道演示。由于弹道导弹飞行过程中受到各种因素的干扰，尤其是对于远程弹道导弹来说，导弹的飞行轨迹会偏离预先设计的弹道平面，实际的弹道轨迹为三维的空间曲线，因此有必要研究弹道的三维仿真，以给出更加直观及逼真的弹道演示效果。

对于远程弹道导弹来说，由于其射程往往达到几千公里，进行三维弹道仿真时应考虑画出完整的三维地球，在三维地球的基础上绘制三维弹道曲线。制作三维地球模型，常见的方法是纹理映射，即将一幅世界地图图片作为纹理映射到一个三维圆球体上[1]，这样制作的地球比较清晰美观，但有两个弊端，一是由于世界地图图片包含的大量颜色信息数据，在进行三维弹道飞行轨迹演示时对电脑硬件的图形显示效果要求较高，二是缺乏立体感。本文考虑利用地球高程数据制作三维地球，在此基础上据通过适当转换将弹道坐标数据变换到地心大地直角坐标系中，从而绘制出三维弹道曲线。利用地球高程数据制作的三维地球模型立体感较好，且数据量不大，非常适合一般的弹道仿真及演示。

1 地球高程数据

数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM），是数字地形模型（digital terrain model，简称DTM）的一个分支[2]。数字高程模型是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，由地面规则网格点的高程值构成的矩阵，形成栅格结构数据集，用以记录大地表面不同坐标点（x，y）的相应高程（z），并可以通过计算机实现三维分析和显示。

2 三维地球的绘制

3 三维弹道曲线的绘制

4 仿真实例

5 结束语

本文提出了一种基于地球高程数据的三维地球模型的制作方法，并在Matlab环境下进行仿真，绘制出了三维地球模型，并通过坐标变化将弹道位置参数转化为地心大地直角坐标，从而在三维彩色地球的基础上，绘制出了三维弹道曲线，实现了三维弹道仿真，立体感及真实感较强，实现方式较简单，为弹道仿真提供了一种有效手段。

参考文献：

[1] 王斌.基于OpenGL的三维数字地球仪研制与开发[C].西安：西北大学硕士学位论文，2008.

第6篇

【关键词】水下机器人；视景仿真；运动模型；OGRE0.引言

发展海洋是新时代的必然趋势，水下机器人对海洋开发、海洋调查测绘及相当多水下作业都有举足轻重的作用。水下机器人系统的研究和开发中，仿真技术可以缩短其研制周期、提高研发质量和减少经费，避免因系统故障时导致其丢失的严重后果。三维视景仿真技术广泛应用于军事、航海、航空航天、游戏及医疗等领域，是集图形学、图像处理、模式识别、网络等计算机技术高度发展的一门综合性技术。

3Dmax与OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年来得到迅速发展的嵌入Windows三维模型仿真技术。它性能卓越，API具有良好的可移植性。本文通过3Dmax建模和OGRE 3D引擎作为仿真平台，及Qt设计窗口，在Visual Studio2008环境下完成仿真。

首先配置好VS2008和OGRE开发环境，主要是一些插件和动态链接库，定义OGRE将要使用的资源，选择并设置渲染系统。通过初始化使用一些资源，并用这些建立一个场景，启动渲染循环。

1.仿真的一般流程

通常我们先用软件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等画出一维、二维及三维的仿真图形库。一些特殊的如仿生鱼水下机器人建立时图形仿真时用到了自由变形计轴变形及其他样条曲线理论的支持完成。到最后显示的视景仿真一般都是通过Vega或者OpenGL再通过Visual studio编译执行写好的虚拟现实代码等来实现仿真，而且3D仿真大都需要进行碰撞检测。为了设计窗口的方便可能运用MFC或其它工具来设计人机交互窗口，最终形成一个完整的仿真系统。

2.模型的建立

通过3Dmax所得到的水下机器人三维模型。

根据国际水池会议推荐，建立固定坐标系（惯性坐标系）和运动坐标系（附体坐标系）上图的水下机器人也将按此坐标系[1]。

由于完整的六自由度运动方程具有极强的非线性和耦合性，所以需要我们进行解耦进而进行求解。对于方程的简化与求解大多数专家并没有给出，不过我们通常根据不同的水下机器人的形状等特点来适当减少式中的未知量及个数，一般将各方向的运动都简化为平面运动。简化得到的方程式不但有的时候能让我们更容易的得到未知量来实现仿真，而且对于水动力系数等得求解也简单的多。三自由度、五自由度及六自由度的操纵性方程是最常见的，有的为了方便甚至直接简化为一维的线性方程，再通过一些其他的算法来趋紧真实的结果。

水动力模型相对复杂，最简单就是力、力矩对速度、加速度、舵角等的一阶偏导数即线性流体水动力导数。这里就不诸一列举各项研究所用的水动力方程，水动力系数的选取与获得现在一般是通过经验公式、拖曳实验及CFD技术。其中拖曳实验应该是最准确的，但是它也受到实验环境及未知因素的影响。CFD技术已经被张赫等人验证了其具有一定的准确性[2]。

其中附加质量及附加质量所形成的力及力矩经常被放到质量矩阵里面。张赫也提过用面缘法来对惯性水动力系数进行估算。张晓频采用现有的比较成熟的商业流体力学软件FLUENT模拟潜水器的粘性绕流流场，模拟阻力试验、斜航试验和平面运动机构（PMM）试验，求解操纵性水动力系数。建立多功能潜水器六自由度运动的数学模型，编写仿真程序，预报其操纵性能[3]。

带有均衡潜伏系统的数学模型的建立，推进器的推力模型，舵的水动力系数模型及升降系数模型，海流模型、海浪模型及带缆的数学模型等。这些模型有的时候对仿真系统的仿真结果影响不大，有的时候却是起到主要影响作用，因此我们要视情况而定以达到仿真的最佳效果。梁宵构建了舵、翼、桨联合操纵的微小型水下机器人运动仿真系统，讨论PDCE运动控制系统结构及主要组成部分并通过外场试验来验证其可行性及可靠性[4]。

3.视景仿真的应用

不论我们研究什么理论到最后都要进行试验的验证，仿真就是为了使得试验更简单，更直观，风方便，甚至可以做到一些现实中无法做到的假设试验。

张赫过定常流动和非定常流动这两种情况进行不同试验形式的模拟计算，在得到模拟结果的同时，给出相应循环水槽试验结果，最后做出对比结果的分析。其中定常运动包括模拟直航试验和模拟斜航试验，非定常试验包括模拟平面运动机构进行的五种操纵性试验。最后在结论分析中对上述三种数值计算方法进行了总体的比较和分析，并由试验结果给出了用于建立潜水器空间运动方程的各个系数。为了我们的研究需要，可以发挥我们自己的想象合理的去做仿真试验，会得到意想不到的好处与突破创新。

4.结论

建立了动力学模型，研究了对象的水动力性能，得到运动方程所需的水动力、重力、浮力、推进器作用力等，并在此基础上建立了以推进器为主要操纵方式的运动仿真系统，对水下机器人的运动完成视景仿真，得到视景仿真的效果图。我们不但可以做不同的试验来获得水下机器人的操纵性能、适航性及受力变化情况，还可以此来对其进行结构上分析与设计。之后我们还可以将水下机器人的高度智能化进行视景仿真来验证与设计。还可以对某些重要的系数进行参数识别的仿真实验，还要继续加强视景仿真的真实性，来适应需求更高的仿真。 [科]

【参考文献】

[1]贾欣乐，杨延生.船舶运动数学模型.大连海事大学出版社，1999.

[2]张晓频.多功能潜水其操纵性能与运动仿真研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文，2008.

第7篇

【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

第8篇

Abstract: The project of underfeed winder is introduced in this paper, important bottom roller is calculated and designed, the whole three-D model machine is constructed by UG, the simulation of winder process is realized by 3DSMAX.

关键词：复卷机；底辊；三维造型；仿真

Key words: rewind paper machine；bottom paper axis；three-D modeling，simulation

中图分类号：TH16文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）28-0034-02

0 引言

复卷机是一种造纸专用设备，其用途是将造纸机生产出来的纸卷（称为原纸卷）进行复卷，复卷成成品纸出厂。在复卷过程中，纸幅从退纸卷上引出，绕过导纸辊、张力辊、舒展辊，通过固定位置的纵切机构，从机台下面送入纸幅使其绕过前底辊，然后卷在卷纸轴上。复卷是纸张生产中的最后一道工序，因复卷所出现的质量问题，再没有纠正和补救的机会了。在复卷机的几个组成部分中，双底辊系统尤为重要，它们对成品纸的质量有着重要影响。双底辊支撑着纸卷，其动平衡性能影响着纸卷两端的平整度，底辊上沟槽的设计，对成品纸无皱痕有决定影响。本论文选择流行的下引纸双辊无轴复卷机作为设计对象。

1 总体方案设计

下引纸整体方案布局如图1所示。

其中各部分功能如下：①退纸架。退纸架的主要作用是支承开卷纸轴，开卷纸轴在退纸架支座上由一液压驱动夹紧装置固定；②导纸辊。导纸辊装置包括导纸辊、导纸辊轴承及轴承座、压纸带装置、导纸辊传动电机及传动连接装置；③舒展辊。弧形辊舒展装置由弧形辊主体、弧形辊轴承座和弧形辊调节装置组成，用在分切和卷取前舒展纸幅；④纵切装置。纵切装置由上刀装置、底刀装置、以及上刀和底刀位置调整装置组成；⑤引纸装置。引纸装置由气动领纸引导装置、底辊引纸装置和气动压纸板组成；⑥底辊装置。底辊装置包括前后底辊、轴承、底辊传动电机、减速器和底辊气动制动器组成；⑦推纸装置。推纸装置用于在复卷完成后，将纸卷推出到接纸台上。由摆臂、同步轴、推纸辊和驱动液压缸组成；⑧压纸辊装置由压纸辊、压纸辊轴承、压纸辊横梁装置（同步轴）、气动压纸辊安全销、压纸辊线压控压液压缸以及同步齿条等组成；⑨卸纸装置：纸卷复卷完成，将纸卷慢慢放下。

2 复卷机底辊的设计

底辊的主要工作任务是为了支承纸卷，初步设计，底辊具有闷头、轴头、辊体和轴承、联轴器等组成，装配后辊体校动平衡，以适应在复卷机机架上高速回转的需要等组成，装配后辊体还应做动平衡校正。

参考文献：

[1]党宝林．下引纸3900mm复卷机的设计改造与安装．上海造纸，2008，39（1）：26-28．

[2]应华，熊晓萍，姜春．UG NX 5.0机械设计完全自学手册．北京：机械工业出版社，2008-3．

第9篇

关键词：射线跟踪，规划仿真，传播模型

 

一、概述各移动运营商及移动通信相关技术咨询单位在进行规划方案验证时，传统的方法是通过规划仿真软件使用宏蜂窝传播模型及20米精度三维电子地图对规划方案进行仿真验证；然而，宏蜂窝传播模型的应用范围和自身局限性限制了规划方案仿真验证的精度：首先，宏蜂窝传播模型的应用范围一般在500米以上，而CBD区域基站的覆盖半径一般在500米以下。其次，宏蜂窝传播模型只能从宏观上反映方案覆盖效果，无法根据建筑物的高度从微观上反映局部的覆盖情况。因此，需要采用更合适的传播模型配合高精度的三维电子地图对CBD区域的规划方案进行仿真验证，以确保该重点区域无线网络建成后的网络性能。

目前射线跟踪模型作为一种高精度的规划仿真传播模型在大中型城市覆盖重点区域的规划方案仿真验证中得到广泛应用。本文首先对射线跟踪模型的原理进行探讨，然后以WaveCall公司的WaveSight模型为例说明射线跟踪模型的应用方法。其结果有助于应用射线跟踪模型对规划方案进行精确验证，对规划工作有积极的参考和指导作用。

二、射线跟踪模型简介2.1 微蜂窝传播模型介绍 当前传播模型根据应用范围可分为宏蜂窝传播模型和微蜂窝传播模型，宏蜂窝传播模型应用范围为1km至几十km；而微蜂窝传播模型应用范围仅为几百米，一般只适用于基站附近区域。免费论文。由于CBD区域基站的覆盖一般在500米以内，因此应用微蜂窝传播模型对该区域规划方案的效果进行仿真验证更为合适。

微蜂窝传播模型根据模型建立方法，可分为经验模型，确定性模型以及混合模型；

l经验模型

经验模型是在大量测量的基础上产生的，该模型与室外传统宏蜂窝传播模型类似，不考虑理论计算，对基站附近测量大量数据后统计归纳出经验模型。

l确定性模型

确定性模型是依据电波传播理论计算出接收点与发射点之间的传播损耗。射线跟踪模型是一种典型的确定性模型，确定性模型不考虑测量，仅在确定计算公式中的个别参数时需要测量验证。

l混合模型

混合模型结合了经验模型和确定性模型，一方面混合模型以电波传播理论为依据得出电波的传播模型，同时需要对基站附近测量大量数据以统计确定传播模型中的参数值。

2.2 射线跟踪模型介绍 射线跟踪模型是一种确定性模型，其基本原理为标准衍射理论（Uniform Theory ofDiffraction，简称UTD）。根据标准衍射理论，高频率的电磁波远场传播特性可简化为射线（Ray）模型。因此射线跟踪模型实际上是采用光学方法，考虑电波的反射、衍射和散射，结合高精度的三维电子地图（包括建筑物矢量及建筑物高度），对传播损耗进行准确预测。

由于在电波传播过程中影响的因素过多，在实际计算预测中无法把所有的影响因素都考虑进去，因此需要简化传播因素；射线跟踪算法把建筑物的反射简化为光滑平面反射、建筑物边缘散射以及建筑物边缘衍射。

根据考虑路径的种类不同，射线跟踪模型可分为三种：

l2D射线跟踪模型

只考虑水平切面的传播路径，即第一类路径。

l3D射线跟踪模型

只考虑水平切面以及垂直切面的传播路径，即第一类及第三类路径。

l全3D射线跟踪模型

考虑所有传播路径，即考虑所有第一、二、三类路径。

三、射线跟踪模型基本原理射线跟踪模型的基本原理是简化传播因素，采用光学方法定位传播路径并计算各接收点与发射点之间的路径损耗；因此，射线跟踪模型的关键在于如何定位接收点与发射点之间的传播路径并计算路径损耗。免费论文。

3.1 水平切面的传播损耗从发射源在接收点之间可能存在很多传播路径，但是一般只有一到两条强度最强，在传播中起主导作用的主导传播路径。路径损耗计算时只需计算主导传播路径的损耗即可。免费论文。

3.2 垂直切面的传播损耗 相对于水平切面的传播损耗，垂直切面的传播损耗计算要简单一些，计算垂直切面的传播损耗时，需要首先确定发射源与接收点之间的垂直传播路径，然后计算其中各个刀锋衍射损耗，其路径损耗为各刀锋衍射损耗之和。

3.3 射线跟踪模型简要结论 根据射线跟踪模型的理论以及相关资料，可以得到射线跟踪模型的简要结论如下：

1.对近距离的场强预测， 水平切面算法（2D射线跟踪算法）起主导作用。

2.全3D方向算法中全3D路径（即第三类路径）对远距离的场强预测准确性影响很大。

3.在整齐规划的建筑群中，对远距离的场强预测，垂直切面算法可取代全3D方向算法。

四、射线跟踪模型的应用 本节主要以WaveCall公司的WaveSight射线跟踪模型为例，对射线跟踪模型的应用进行说明。

WaveCall公司的WaveSight射线跟踪模型作为AIRCOM公司的规划软件Enterprise的插件，可用于高精度的规划方案仿真验证。该模型基于标准衍射理论及射线跟踪算法，综合考虑电波传播范围内建筑物的轮廓、高度、地形剖面图，对电波的传播特性进行准确预测。

WaveSight模型是一种3D射线跟踪模型，该模型包括两种类型路径：水平切面路径以及垂直切面路径。

对比传统射线跟踪模型，WaveSight 具有优点十分明显：首先，WaveSight射线跟踪模型采用了不同于传统射线跟踪模型的算法，空前地提高了计算效率：该模型完成一个基站的覆盖预测所需时间仅是传统射线跟踪模型所需时间的1/3左右，不仅保证了覆盖预测的精度，同时还保证了覆盖预测的速度。此外，WaveSight 模型使用简单，该模型不需要使用测试数据对其进行调校，仅需要输入两个参数：使用频率及接收端高度。

WaveSight 射线跟踪模型的缺点是：仅适用于市区环境，对电子地图精度要求较高，不仅要求地图精度必须达到5m 以上，而且要求提供建筑物矢量信息以及高度信息。

五、结论及后续工作 本文首先对射线跟踪模型的原理进行探讨，然后给出射线跟踪模型的简要结论，最后以WaveCall公司的WaveSight模型为例说明射线跟踪模型的应用方法。其结果有助于应用射线跟踪模型对规划方案进行精确验证，对规划工作有积极的参考和指导作用。

今后研究工作可以再上述研究基础上进一步展开，对全3D射线跟踪算法进行进一步的探讨，同时也可以对其它射线跟踪模型如WinProp模型等进行研究，

进一步研究射线跟踪传播模型算法，更精确地城市CBD区域进行预测，指导网络的规划及优化工作。

【参考文献】

1．WaveCall公司；《WaveCallPropagationWhitePaper》；2001

2．WaveCall公司；《WavecallCaseStudy》；2001

第10篇

[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】

第11篇

1 评定对象

国内高校在读全日制研究生（包括硕士研究生和博士研究生）.奖学金面向国内高校的全部对口专业，平等对待.

2 奖学金额度

每年在全国高校评选出10名使用LMS Virtual.Lab三维多领域仿真平台进行课题研究的优秀在读研究生，给予每人5 000元的奖学金资助.

3 评定条件

(1)参评学生在读期间的学年平均成绩优秀，无不及格科目.

(2)用LMS Virtual.Lab进行研究生毕业论文相关的课题研究，且课题内容具有实际工程背景支持，最好结合实际横向项目的合作课题.

(3)命题能推动行业核心技术进步或具有明显创新研究价值.

(4)领域包含但不限于汽车、航空航天、船舶、兵器、交通、能源、通信、电子、化工、工程机械、家用电器、轻工业、医药和IT等.

(5)论文完成后应署名LMS高校奖学金资助支持，并共享论文电子版.

(6)优先考虑LMS Virtual.Lab的高校正式用户.

4 申请流程

符合条件的学生请在课题开题阶段与LMS联络，并进行意向沟通：

(1)对符合评审条件的申请人，需填写“LMS Virtual.Lab高校奖学金申请表”(下载地址为：省略/download.asp?id=1F540652-C116-4BD7-8AD7-1291255DFEDC)，并必须经负责导师签字确认和学校认可.

(2)LMS会尽快与申请人确认，并根据书面材料组织评审.

(3)按照评审程序的规定公布评审结果并发放奖学金.

5 评审程序

(1)具体评定工作由LMS负责，组织LMS公司专业技术人员和行业专家组成动态评定小组，进行综合评审.

(2)鉴于论文完成后学生将毕业离校，该奖学金将在课题开题阶段即进行初评，并在课题中期报告通过后进行复评，以确保课题的进展和质量.资助的最终依据是开题报告和中期报告，但建议申请人提前或随时通过电话、E-mail和面谈等形式与评定小组进行充分沟通.

(3)该奖学金申请尽量在正式开题之前即向LMS提交，最迟需在开题报告完成后1～2个月内提交.初评和复评结果将在LMS官方网站公布，并于每年秋季的LMS用户大会根据复评结果统一发放该奖学金.

(4)针对硕士研究生和博士研究生的论文差异进行适度把握，原则上硕士5篇、博士5篇，但暂不做硬性区分，即名额之间可作适度调剂.

(5)对所有入选的在读学生，LMS将采用租或借等形式给予最新版本LMS Virtual.Lab软件的友情赞助支持，并欢迎获奖学生毕业后加入LMS公司.

6 本年度申请截止日期

本年度申请截止日期为2012年6月15日，之后提交的申请将参与下一年度的评选.

7 联系方式

联系人：柳佳；联系电话：010-84973605-406；E-mail：jia.省略.

第12篇

论文关键词：虚拟现实,分层装配,运动仿真,Quest3D

虚拟装配作为虚拟制造技术[1-3]的重要组成部分，近年来得到了学术界和工业界的广泛关注，并对敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式的实施具有深远影响。利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题。而通过虚拟运动仿真，可模拟产品运动状态下运动设计精度的准确度。通过反馈信息可对模型进行修改，并通过可视化显示装配运动过程。运用该技术不但有利于并行工程的开展，而且还可以大大缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品在市场中的竞争力。虚拟装配改善传统以经验为主、装配滞后于加工设计的弊端。本文提出基于Quest3D的虚拟装配及运动仿真的实现方法，依据零件的装配分层关系实现序列拆装，并给出虚拟装配系统的设计方法和案例。

1 分层序列装配模型

由于机械产品结构复杂，每个零部件之间都有严格的装配关系[4-5]，无论是拆还是装都需要按照设计的装配结构来进行。本文采用层次化序列装配模型，即将产品的整体结构按照其真实的装配标准按层次划分或分解为不同级别的能够进行独立装配的装配单元，形成并行装配序列。通常产品的装配单元可分为：零件、合件、组件、部件、机器五个等级的装配体，装配时，按照上述等级依次分解，上一级包含下一级子装配体，下一级子装配体又包含更下一级子装配体直至最终不可分解的零件，其中每一级装配体按照其装配次序形成序列。层次化模型的优点在于更清晰表达产品中零部件之间的层次关系，并可以用子装配体表达一组功能上或物理结构上相关的零件集，可减少装配分析的复杂性，简化问题的求解过程。图1 为分层序列装配示意。

几点说明：

（1）在装配模型设计中，每一层装配体都会存在基准件，按照装配工艺要求将基准件设为该层序列的第一个装配体，以保证满足装配标准和装配精度；

（2）装配单元的划分依据具体机械产品的装配要求，如果在某层子装配体中如（部件层）出现单一零件时，该类零件则视为部件级零件，可以直接在相应层中进行装配顺序排序。

2 基于Quest3D的虚拟装配系统设计

2.1 系统总体架构

本文的虚拟装配系统分为两个区，即场景区和功能区。场景区包括摄像机控制、3D模型导入和显示、环境设置。其中，摄像机控制是根据用户需求实现对模型及场景的浏览漫游功能如移动、旋转和缩放等；3D模型导入和显示则是基于原始模型实现数据转化和表示，每个零件都具有位置、材料及贴图信息属性；环境设置包括场景布置、灯光设置以及UI设计。功能区由五个功能模块组成，分别为：整体拆装模块、序列拆装模块；手工模拟拆装模块及运动仿真模块。如图2所示。

2.2 模型导入转化及场景设置

通过UG NX三维建模，生成原始数据模型，应用Deep Exploration软件将prt文件模型进行文件格式转换为dae文件，中学英语论文然后导入到Quest3D中。Quest3D可对导入所有数字内容的进行设置和编制。由于机械产品结构复杂，所包含零件繁多，Dae初始模型是分成若干个可装配的零部件，需要通过程序定义其在场景中的世界坐标及彼此位置关系，用3D render场景模块把它们组合在一起并显示。

为了能更好控制每个零部件装配运动状态，在Quest3D中可添加Motion模块作为每个可装配零部件的运动属性[6]，如图3所示。为保证零件装配运动速度可调节性，Quest3D 提供阻尼模块参数Damping value，将其与运动方向建立联系。在拆或装时候，阻尼参数发挥作用，Damping 值增加时，阻尼增大，零件装配运动减慢，反之亦然。

场景设置主要包括光照、摄影机设置、贴图、材料、纹理等效果制作。光照采用平行光源和点光源从摄像机的投射方向给予模型物体较好的立体视觉效果，增强用户的沉浸感和系统的交互性。摄影机是用于确定观察者位置和投射方向以及与物体相对空间视窗的对应关系。系统采用物体注视摄像机（Object Inspection Camera）作为场景的交互窗口，通过调节摄像机的Position Vector，Camera Matrix和Camera Target模块参数，设定摄像机的位置、缩放的范围等，用户即可利用三维鼠标就可以对三维场景中所有物体进行浏览操作。图4为三维模型导入效果图中，（a）为一个二级减速器，（b）为车床主轴箱。

2.3 装配及运动设计

Quest3D中的三维模型中各个装配体依据装配单元建立层级链表，即确定拆装过程的序列。每个装配体都具有Motion模块属性，包括postion Vector（位置）、Rotation Vector（旋转）和Size Vector（缩放），拆装的原理是根据装配序列依次对装配体的各个矩阵中参数的进行改变设置，从而实现装配体的平移运动和旋转运动，以达到零部件装配效果。

虚拟装配过程分为整体拆装、顺序拆装及模拟手动拆装方式。整体拆装是对整个模型一次性实现拆分和装配过程，体现“爆炸”效果；顺序拆装是按照装配单元依次进行拆装；模拟手动拆装则是通过建立工具箱模块，用户可从工具箱中选择合适工具模拟真实拆装过程。无论以何种方式进行装配，拆装模块作为独立模块可进行重复调用，表1为拆装模块中相关设置参数表示。

系统的UI模块是用户实现装配操作的交互窗口，不同类型的机械产品可根据其复杂程度和操作方便性、人性化原则进行设计。本系统可用三维鼠标实现场景模型的移动、旋转和缩放，同时设置菜单、按钮、复选框等控件进行装配过程的选择、设置和操作。图5是减速器（a）和车床主轴箱（b）虚拟拆装图示，图6为CA6140车床的18级变速虚拟传动示意图。

3 结论

本文提出了分层装配思想应用Quest3D 引擎开发的虚拟装配和运动仿真系统可用于不同类型的机械产品模型，通过建立虚拟场景、UI功能模型有效达到了用户对于产品的交互操作，其虚拟装配过程和运动仿真对于企业设计制造及高校实践教学提供了较好的虚拟现实平台。

【参考文献】

[1]宁汝新，郑轶.虚拟装配技术的研究进展及发展趋势[J].中国机械工程，2005，8 （16）：139-144.

[2]韦有双，杨双龙，王飞.虚拟现实与系统仿真[M].北京：国防工业出版社，2004：15-20.

第13篇

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.

第14篇

关键词：三维可视化; GIS; 空间数据

中图分类号：C37 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

目前，科学可视化、计算机动画和虚拟现实技术蓬勃发展，并成为计算机图形学领域的三大热门研究方向，它们的核心都是三维真实感图形[1]，也就是三维可视化技术。三维可视化技术是目前计算机技术和图像图形学发展的热点之一，它是依靠视觉效果将数据所要表达的信息直观显示出来的一种最好的方法。传统的地理信息系统对实物的空间立体感表达就比较抽象，将三维可视化技术引入GIS领域中可以动态地、形象地、多视角地、多层次地、如实逼真地描绘地球科学中的客观现象。如通常所见的地形三维可视化、虚拟战场、数字社区和虚拟城市等。本文结合在GIS中的应用介绍三维可视化开发的基本方法。

二、 三维可视化GIS关键技术

三维可视化技术可以简单的分解为三种技术的结合:可视化、三维和GIS。下面分析了可视化技术、虚拟现实、体视化技术、三维技术等关键技术。

1、可视化技术

可视化，也称为科学计算可视化(Visualization in Scientific Computer),它是指运用计算机图形和图像处理技术，把科学数据转换成可视的、能帮助科学家理解的信息，并进行交互处理的理论、方法和技术。GIS可视化技术是目前信息领域中广泛应用的一项技术，它通过强大的、有效的地图系统将复杂的空间和属性数抓以地理的形式进行描述，具有界面风格人性化设计，实现了文本、图形和图像信息相结合的定位、查询、检索模式信息表达形象化、自观化操作简单便利等特点[2]。

2、虚拟现实

虚拟现实(Virtual Reality)技术是一个由图像技术、传感器技术、计算机技术、网络技术以及人机对话技术相结合的产物。它以计算机技术为基础，利用高性能、高度集成的计算机硬、软件及各类先进的传感器，去创造一个使参与者处于一个三维视觉、听觉和触觉的环境，具有完善的交互作用能力、能帮助和启发进入虚拟境界的参与者的构思的信息环境。利用计算机系统提供的人机对话上具，同虚拟环境中的物体交互操作，使用户仿佛置身于现实环境之中，使参与者足不出户就能身处异景，如遥远的太空、海洋深处、甚至是微观世界。

3、体视化技术

三维体可视化技术是真正的三维。它是由完全的三维空间体数据构建模型，可以对模型切割来获取内部信息。它是每一个空间点对应三个方向，x, y, z，也就是在一个空间坐标上放置每一个属性点，可以由关系V = .f (x, y, z)表示，V表示空间点的属性值，x, y, z分别表示空间坐标[3]。

空间三维实体的可视化，即体视化主要是处理和分析各种体数据，并对这些体数据进行变换、操作和显示，其目的是让人们更清楚地认识蕴含于体数据之中的复杂的结构。体数据可以看成是在有限空间中的一种或多种物理属性的一组离散采样，它可以表示成:ƒ(x)，x ∈Rn；{x}是n维空间的采样点的集合，因此也有人把体数据成为数据集。

4、 三维技术

三维立体显示的出发点是运用三维立体透视技术和计算机仿真技术，通过将真实世界的三维坐标变换成计算机坐标，通过光学和电子学处理，模仿真实的世界并显示在屏幕上。三维技术广泛应用在资源环境模型、地形模拟、CAD辅助设计、影视特技、广告设计等方面。它具有可视化程度高、表现形式灵活多样、动态感和真实感强、资料更新方便等优点。

三、 三维可视化算法

直接体绘制技术具有能够产生三维数据场的整体图象，包括每一细节，并具有图象质量高，便于并行处理等优点，因而成为当前科学计算可视化中有吸引力的重要研究课题之一。鉴于直接体绘制技术的优势，下面重点介绍了光线投射法，移动立方体法以及Z-Buffer消隐算法[4]。

1、光线投射算法

光线投射算法是目前使用最广泛的体绘制方法之一。对于图像平面上的每一象素，从视点投射出一穿过该象素的视线，该视线穿过体数据空间，算法直接利用该视线上的采样值计算该象素的光强。其过程包括：数据预处理；数据值分类；重新采样；图象合成。

2、移动立方体法

移动立方体法(Marching Cubes算法)是三维数据场等值面生成的经典算法，是体素单元内等值面抽取技术的代表。与光线投射法不同，移动立方体法属于表面拟合算法之一。

移动立方体法基本思想为：首先逐个体素依次处理，找出该等值面经过体素的位置，求出该体素内的等值面并计算出相关参数，以便绘制出等值面。等值面的定义如下：

{(x, y, z)| s (x, y, z) = c0}，c0是常数。其中s(x, y, z) = a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyz

ai (i=0, 1,..., 7)为常数，它们由体素的八个角点值唯一决定。

该算法中，体素是一逻辑上的立方体，由相邻层上的各四个象素组成立方体上的八个顶点。算法以扫描线方式逐个处理数据场中每一立方体体素，求出每一体素内包含的等值面，由此生成整个数据场的等值面。

3、Z-Buffer消隐算法

从一个视点去观察一个三维物体，必然只能看到该物体表面上的部分点、线、面，而其余部分则被这些可见部分遮挡住。如果观察的是若千个三维物体，则物体之间还可能彼此遮挡而部分不可见。因此，如果想有真实感地显示三维物体，必须在视点确定之后，将对象表面上不可见的点、线、面消去。执行这一功能的算法，称为消隐算法。

Z-Buffer算法的步骤如下：(1)初始化，帧缓冲器CB置成背景的光强或颜色，Z缓冲器ZB置成最小z值；(2)对多边形P，计算它在点(I,j)处的深度值zij；(3) zij>ZB(i,j)，则ZB(i,j) =zij, CB(i,j)二多边形P的颜色；(4)对每个多边形重复(2), (3)两步，最终在CB中存放的就是消隐后的图形。

四、三维可视化GIS实体的表达和三维数据的可视化

对于三维地理信息系统的空间数据的表达和二维地理信息系统有一定的差别，因此在数据实体的表达上，也有三维地理实体的特点。国内学者李清泉等人提出了以下表达建筑物和地形的三维信息[5]：地形被表达为数字高程模型（DEM）、数字地形模型(DTM)；建筑、构筑物等用实体(CSG)和边界表示(B-rep)。每种不同的表达方式都有各自的特点，根据不同的口的和不同的要求而定。在国内，地形数据的表达普遍采用的是DEM和DOM匹配，生成地形图；建筑物通常以2.5维的形式存在，之后进行纹理贴图。

DTM是描述地表单元空间位置的和地形属性分布的有序集合，是定义于二维区域之上的一个有限向的向量系列。它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，通过存贮在介质上的大量的地面点空间坐标和地形属性数据，以数字形式来描述地形地貌。它随用途不同具有不同的数据结构，但一般均可变换成为规格点组成的栅格数据形式。

DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在GIS中，DEM是建立三维地形的基础数据，其他的地形要素可由DEM直接或间接导出，成为“派生数据”，如坡度、坡向。DEM主要有三种表示模型:规则格网模型(GRID、等高线模型和不规则三角网模型(Triangulated Irregular Network，TIN)。

由于三维几何表示能提供物体的几何描述，使空间物体可用计算机来存贮、处理、显示。物体3D表示可以有多种方法，大致分为基于体表示和基于面表示两大类，其中，具有代表性的是结构实体表示(Constructed Solid Geometry, CSG)和边界表示(Boundary representation, B-rep)方法。CSG方法在计算机辅助设计(CAD)中应用广泛，它通过预定义的模型单兀来表示空间物体，这些单元具有规则的形状，如:立方体、圆柱体、圆锥体等，单元间的关系主要是布尔操作。CSG方法的优点是模型关系简单，便于显示和数据更新，缺点是空间分析难以进行:而B-rep表示方法，可以通过对构成物体边界的点、线、面和体四种类型兀素的精确描述，即能够精确表示物体几何位置以及兀素间的拓扑关系，虽然B-rep方法适于空间操作和分析，但存储空间占用多，计算速度较慢。

五、三维可视化在GIS中的应用

目前在社会的各行各业中，地理信息三维可视化系统都得到了广泛的应用[6]：

1.城市：地理信息三维可视化系统应用于城市建设的很多领域，如大楼的建筑结构和住户管理、空气污染与流动状态监测、地下水源污染监测、地下管线的规划与管理等。

2.环境：二十一世纪全社会都更加重视环境保护，地理信息三维可视化系统可以表达大上、地面、地下多层次的环境状况，更好地模拟真实三维环境，帮助人们更好的管理与治理环境。

3.地质：地质是资源、矿山、环境等众多学科与工程应用的基础。地理信息、三维可视化系统应用于表达复杂的三维地质构造形态(如地层界面、不整合面、断层等不规则的面状构造)，表达岩石内部结构(如层理、纹理、走向、孔隙度、孔隙连通方向等微细的内部构造)以及岩体内部物质的分布状况。

4.矿山：在矿山领域，地理信息三维可视化系统平台应用于表现矿体及围岩形态，表达巷道、采矿工作面形态，表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地场应力等三维现象，如果再加上各种知识库、专家系统，还可支持三维环境下的工程管理与决策。

5.海洋：二十一世纪是海洋的世纪，海洋的研究与管理在我国可持续发展战略中将占据越来越重要的位置。海洋在不同深度的含盐量、水温、压力、水流方向都是不同的，地理信息三维可视化系统应用于表达海洋世界，可以帮助人们更好地研究与开发海洋。

6.气象：地理信息三维可视化系统应用于反映不同高度上气流、气压、大气成分的变化情况。

六、结束语

目前，三维可视化地理信息系统的研究已成为国内外研究的热点，随着计算机技术以及相关三维可视化技术的发展和地理科学、大气科学、海洋科学等研究三维空间特征的深入，三维可视化地理信息系统的研究与开发已成为地理信息系统研究领域的重要方面和今后发展的一个趋势。

参考文献：

[1] 和平鸽工作室编著.OpenGL高级编程与可视化系统开发(高级编程篇).北京:中国水利水电出版社，2003年1月第一版.

[2] 郑琦.吴刚.朱莉等.可视化技术在MIS中的应用研究.计算机仿真.2005.4. 第22卷第4期.

[3] 何全军.三维可视化技术在地理信息系统中的应用研究.吉林大学硕士学位论文.2004.

[4] 缪海岚.面向地学应用的三维GIS可视化技术研究.福州大学硕士学位论文.2002.

第15篇

论文关键词：内燃机LPG，点火方式，燃烧特性

 

0 引言*

人类对于自身的生存环境及空间的保护意识日益强烈,内燃机的主要发展方向已着眼于燃油消耗、排放、噪声等环保指标，为此清洁代用燃料被广泛使用。目前比较成熟的代用燃料主要为液化石油气(LPG)及压缩天然气(CNG)，其中LPG成本低、物化特性接近于汽油，甚至在抗爆性及单位体积热值方面优于汽油，是一种优秀的替代燃料[1～3]。

但是由于LPG燃烧速度较慢，燃烧持续时间较长，引起了热效率低、气耗高、排放差、排温高、爆震边界窄等严重影响发动机性能的问题[4,5]（采用稀燃技术后，这些问题更加突出）。为解决这些问题，本文利用AVL-FIRE三维仿真软件计算分析了不同点火方式对发动机燃烧特性的影响，通过仿真结果及实验验证杂志铺，得出能改善缸内燃烧、提高发动机性能的点火方式。

1 实验样机及台架介绍

本研究的实验样机以四缸柴油机为原型，进行了针对LPG燃料的改装。发动机采用了增压稀燃技术及电控闭环预混合技术并根据研究需要采用了多模式点火驱动技术。具体参数由下表1给出：

 

表1 实验样机参数

Tab. 1 The parameter of the experimental prototype(EP)

项目

规格

说明

缸数

4

 

  缸径×冲程

108×115

单位mm

排量

4.214

单位L

额定功率/转速

103KW/2800 r·min-1

115KW/2800 r·min-1

单点火模式

双点火模式

最大扭矩/转速

420 N·m/1400-1800 r·min-1

430 N·m/1400-1800 r·min-1

单点火模式

双点火模式

1000rpm扭矩

320 N·m

  吸气方式

增压中冷

空—空中冷

燃气系统

TBD

  噪声

<94 dB

1m声压级

发动机重量

<380Kg

  电控系统