油田采油系统启停流程培训的设计与实现毕业设计

东北石油大学本科生毕业设计（论文）油田采油系统启停流程培训的设计与实现摘 要虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是计算机领域的一项新技术，目前已经广泛应用于各个领域并且取得了很好的效果。本文首先介绍了虚拟现实技术，以油田采油系统抽油机启停流程培训的制作为例，介绍了基于虚拟现实技术的设计和实现方法。本系统用 3ds Max2009 进行了油田采油系统抽油机的三维建模，展示了三维模型的构建、三维场景的合成，通过后期的优化和合成，使模型达到了理想的真实效果；并用 Virtools 进行了启停流程培训的制作，完成了 油田采油系统抽油机启停流程培训系统的整个运行过程的模拟。本文再现了油田采油系统抽油机启停培训系统的制作和编排等内容。系统中实现了视点前进、后退、左右平移、运动路线、操作提示等控制功能，为用户提供了较好的交互性。关键词：虚拟现实；三维建模；培训系统；启停流程东北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractVirtual reality is a kind of computer system which can create and experience the virtual world, virtual reality is a new technique in the field of computer. It has been widely used in various fields and has achieved very good results. In this thesis, The technology of virtual reality was introduced first .Then took the start-stop flow training of oil pumping unit of production system in oilfieldas an example to introduce the design method and implementation method which are based on virtual reality technology.With 3ds Max2009, 3D modeling of oil pumping machine was made in the system , demonstrated the synthesis of 3D modeling and 3D scene .Then through the optimization and synthesis, the model achieved the real effect better. And finally the production was sent into Virtools for the training of start-stop process.The reproduction of the production and programming of the start-stop system in oil pumping unit of production system in oilfield was shown in this thesis.The view forward , the movement route and backward ,the left and right translation of the visual human and machine is systemized.Key words： Virtual reality ; 3D modeling ;Training system ; Start-stop process东北石油大学本科生毕业设计（论文）I目 录第 1 章 绪 论 .11.1 虚拟现实技术简介 .11.2 虚拟现实的关键技术 .31.3 虚拟现实的发展趋势 .4第 2 章 开发工具简介 .62.1 3ds Max2009 简介 .62.2 Virtools5.0 简介 .7第 3 章 采油启停流程培训系统分析及设计 .93.1 构建虚拟场景的主要任务 .93.2 启停流程培训系统设计 .103.3 启动抽油机脚本编写 .113.4 停运抽油机脚本编写 .12第 4 章 抽油系统启停流程操作的实现 .134.1 抽油系统三维模型制作 .134.2 抽油系统模型优化 .164.3 Virtools 环境下启动流程演示的制作 .184.4 Virtools 环境下停运流程演示的制作 .244.5 系统测试 .27结 论 .28参考文献 .29致 谢 .30东北石油大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 虚拟现实技术简介1.1.1 虚拟现实技术的概念虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术，提供了一种实时的、三维的虚拟环境（Virtual Environment） ，使用者完全可以进入虚拟环境中，观看计算机产生的虚拟世界，听到逼真的声音，在虚拟环境中交互操作，有真实感 1。虚拟现实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。以虚拟现实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。虚拟现实就是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。由这种系统生成的各种虚拟环境，而所谓虚拟世界则是虚拟环境或给定仿真对象的集合。它不仅仅是一种界面，更主要的部分是内部的模拟。人机交互界面采用虚拟现实的方式界面，对某个特定环境真实再现后，用户通过自然的方式接受和响应模拟环境的各种感官刺激，与虚拟世界中的人及物体进行思想和行为等方面的交流，使用户产生身临其境的感觉。1.1.2 虚拟现实基本特征从技术的角度来说，虚拟现实系统着重强调了在虚拟现实技术中的人的主导作用。传统的交互人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果，是一种被动的接受信息的方式。现在虚拟现实的发展已经使得人能够“沉浸”到计算机系统所创建的环境中。在过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用，现在技术的发展已经使得人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用；在过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识，而现在已经发展到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。总之，在虚拟系统中，人们的目的是使这个由计算机及其它传感器及其他设东北石油大学本科生毕业设计（论文）2备所组成的信息处理系统去尽量“满足”人的需要，而不是强迫人去“凑合” 那些不是很亲切的计算机系统，实现人和系统的交互。虚拟现实系统具有下面三个基本特征：即三个“I”：immersion，interaction，imagination（沉浸，交互，想象） 。（1）沉浸性沉浸性又称浸入性，是指用户感觉到好像完全置身于虚拟世界中一样，被虚拟世界所包围。虚拟现实技术的主要技术特征就是让用户觉得自己是计算机系统所常见的虚拟世界中的一部分，是用户由被动的观察者编程主动的参与者，沉浸于虚拟世界之中，参与虚拟世界的各种活动。虚拟系统是的沉浸性来源于对虚拟世界的多感知性，包括我们常见的视觉感知，触觉感知，运动感知，味觉感知，嗅觉感知，身体感觉等。由于目前科学技术的局限性，在虚拟现实系统中，研究与应用比较成熟或者相对成熟的主要是视觉沉浸，听觉沉浸，触觉沉浸和嗅觉沉浸，有关味觉等其他感知的技术正在研究中。 （2）交互性 在虚拟现实系统中，交互性的实现和传统的多媒体技术有所不同。传统的多媒体技术中，人际之间的交互工具从计算机发明到现在，主要是通过键盘与鼠标进行一维、二维的交互。虚拟现实系统强调人与虚拟现实世界之间要以自然的方式进行交互，如人的走动，头的转动，手的移动等，通过这些，用户与虚拟世界进行交互，并且借助于虚拟现实系统中特殊的硬件设备（如数据手套，力反馈设备等） ，以自然的方式与虚拟世界进行交互，使之产生和在真实世界中一样的感知，甚至连用户本人都意识不到计算机的存在。它的特点是虚拟环境中的人参与反馈，人机交互的有效性、实时性。（3）想象性 想象性是指虚拟环境是人想象出来的，同时这种想象体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。所以说虚拟现实技术不仅仅是一个媒体或一个高级用户界面，它同时还可以为解决工程问题，医学问题，军事等方面的问题而由开发者设计出来相应的软件或系统，通常它以夸大的形式反映设计者的思想，虚拟现实系统的开发是虚拟现实技术与设计者并行操作，为发挥它们的创造性而设计的。总之，虚拟现实技术的应用，为人类认识世界提供了一种全新的手法与手段，可以使人类突破时间和空间，去经历和体验世界上早已发生或尚未发生的事情，可以使人类进入宏观或微观的世界进行研究和探索，也可以完成那些因为某些条件限制难以完成的事情。东北石油大学本科生毕业设计（论文）31.1.3虚拟现实的发展历程早在 20 世纪 50 年代中期就有人提出了虚拟现实的设想，但当初并没有引起人们的注意。当时由于计算机普及程度以及电子技术发展的限制，导致虚拟现实的发展缺乏相应的技术支持，缺少合适的产波载体以及硬件处理设备。直到 20世纪 80 年代末，随着计算机技术的高速发展与互联网技术的普及，虚拟现实技术得到了广泛的应用 4。在本次学习期间，老师为我们介绍了虚拟现实技术发展的三大阶段： （1）20 世纪 50 年代到 20 世纪 70 年代，是虚拟现实技术的探索阶段； （2）20 世纪 80 年代初期到 20 世纪 80 年代中