基于水泥车操作工艺流程毕业设计

东北石油大学本科生毕业设计（论文）基于 3Dmax 水泥车操作工艺流程摘 要随着新时代高新技术的发展，3D 动画技术的逐步成熟， 3D 动画应用地越来越广泛。在油田的建设中，仿真模拟培训技术也越来越受欢迎，本文结合大庆油田 100-30 型固井水泥车的实际情况，在仿真模拟培训中运用 3D 动画技术，将100-30 型固井水泥车注水过程直观逼真的展示出来。100-30 型固井水泥车仿真模拟培训技术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 100-30 型固井水泥车的工作过程以及操作流程。本文运用三维技术，对 100-30 型固井水泥车进行三维建模，根据水泥车的实际操作过程设计制作水泥车的三维动画，形象生动的展示水泥车基本概况，通过动画再现 100-30 型固井水泥车的操作流程以及工作原理。3D 动画技术在 100-30 型固井水泥车动画中的应用，主要使用 3D Max 开发软件进行三维建模、材质、渲染、灯光、动画制作等，运用 photoshop 软件对模型材质进行优化以达到更加逼真的效果，运用软件 V-Ray 软件对 100-30 型固井水泥车进行渲染，After Effects 软件对水泥车注水动画进行后期制作，会声会影对动画进行后期的配音和字幕。关键词：仿真模拟；100-30 型固井水泥车；3D 动画东北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractWith the development of new high-tech，three dimensional technologies gradually been mature，the application in three-dimension technology more widely used. In oilfield construction，Simulation training technology is becoming more and more popular. In this article，with the actual conditions of 100- cement truck in Daqing Oilfield，the three dimensional technologies in simulation to conduct a feasibility study on the application of training,the use of 3D technology, will come out to show Halliburton cement truck water, mud process vivid.100-30 cement truck simulation training is to improve the skill level of staff, in a relatively short time, as far as possible to save resources, Make trainers skillfully master the working process of the 100-30 cement truck and operation process, especially by using the 3D technology, 3D modeling on 100-30 cement truck, According to the actual operation process of the cement truck, design the three dimensional animation of cement trucks. Vivid display the basic situation of the cement truck. Through an animated demo represent operating process and working principle of the100-30 cement truck.Application of 3D animation technology in 100-30 cement truck in animation is mainly the use of 3D modeling technology, texture, lighting, rendering, animation technology for the display of water injection process cement truck. The use of Photoshop software to optimize the model material in order to achieve a more realistic effect. To render of 100-30 used the V-Ray software, After Effects software in post-production on cement truck injection water animation. Laster use HuiShenHuiYi-ng animation for dubbing and subtitling.Keyword: simulation; GJC100-30 Cement Truck; 3D animation; 东北石油大学本科生毕业设计（论文）I目 录第 1 章 概述 .11.1 选题背景及意义 .11.2 三维仿真技术的内容与应用 .21.3 研究内容 .2第 2 章 开发工具 .42.1 主要的建建模工具 3D MAX .42.2 辅助工具 PHOTOSHOP .52.3 AFTER EFFECTS 简介 .62.4 V-RAY 渲染器 .62.4 会声会影应用简介 .7第 3 章 水泥车动画总体设计 .83.1 100-30 型固井水泥车基本介绍 .83.2 100-30 型固井水泥车虚拟场景需求分析 .93.3 总体设计 .10第 4 章 水泥车动画设计技术实现 .134.1 水泥车建模、材质、灯光、渲染 .134.2 三维动画的实现 .254.3 理论创新 .33第 5 章 用户体验与三维展望 .345.1 用户体验 .345.2 对三维技术发展的展望 .34总 结 .36参考文献 .37致 谢 .38东北石油大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 概述计算机动画在教学领域的应用是这几年开始的，主要用于辅助教学和辅助训练，可提高学生的感性认识，使枯燥乏味的教学寓于生动、有趣的动画中。尤其在自学与教学领域的应用，由于现在的一些课程太复杂，抽象，无法向学习者演示，这对于学习者还在教育者都是个问题，网络教学，计算机动画用于辅助教学和辅助训练适时解决这个问题，应用三维建模，将无法带到课堂的训练，演示用计算机实现。因此，随着社会物质文明的发，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。三维建模技术是整个虚拟现实系统建立的基础，是所有应用中的一个关键的步骤和技术 1。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100-30 型固井水泥车的制作，以达到清晰直观的了解 100-30 型固井水泥车注水泥的过程为目的。是油田信息化建设的一个重要标识。对 100-30 型固井水泥车进行直观的描述，使 100-30 型固井水泥车内部及注水过程能够更清晰、直观、逼真的显示给大家。100-30 型固井水泥车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 100-30 型固井水泥车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 100-30 型固井水泥车的 3D 动画设计就是计算机图形处理技术下的产物。类似于 100-30 型固井水泥车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，仿真模拟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 100-30 型固井水泥车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、虚拟现实技术等为支持。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东北石油大学本科生毕业设计（论文）2化建设中。1.2 三维仿真技术的内容与应用仿 真 技 术 实 际 上 是 一 种 可 创 建 和 体 验 虚 拟 世 界 （ Virtual World） 的 计 算机 系 统 。 此 种 虚 拟 世 界 由 计 算 机 生 成 ， 可 以 是 现 实 世 界 的 再 现 ， 亦 可 以 是 构 想中 的 世 界 ， 用 户 可 借 助 视 觉 、 听 觉 及 触 觉 等 多 种 传 感 通 道 与 虚 拟 世 界 进 行 自 然的 交 互 。三 维 动 画 又 称 3D 动 画 ， 是 近 年 来 随 着 计 算 机 软 硬 件 技 术 的 发 展 而 产 生 的新 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 三 维 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 影 机 的 运 动 和 其 他 动 画 参 数 ， 最 后 按 要 求 为 模型 赋 上 特 定 的 材 质 ， 并 打 上 灯 光 。 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 。三 维 动 画 技 术 模 拟 真 实 物 体 的 方 式 使 其 成 为 一 个 有 用 的 工 具 。 由 于 其 精 确性 、 真 实 性 和 无 限 的 可 操 作 性 ， 目 前 被 广 泛 应 用 于 医 学 、 教 育 、 军 事 、 娱 乐 等诸 多 领 域 。 在 影 视 广 告 制 作 方 面 ， 这 些 新 技 术 能 够 给 人 耳 目 一 新 的 感 觉 ， 因 此受 到 了 众 多 客 户 的 欢 迎 。 三 维 动 画 可 以 用 于 广 告 和 电 影 电 视 剧 的 特 效 制 作 （ 如爆 炸 、 烟 雾 、 下 雨 、 光 效 等 ） 、 特 技 （ 撞 车 、 变 形 、 虚 拟 场 景 或 角 色 等 ） 、 广告 产 品 展 示 、 片 头 飞 字 等 。三 维 动 画 涉 及 影 视 特 效 创 意 、 前 期 拍 摄 、 影 视 3D 动 画 、 特 效 后 期 合 成 、影 视 剧 特 效 动 画 等 。 随 着 计 算 机 三 维 影 像 技 术 的 不 断 发 展 ， 三 维 图 形 技 术 越 来越 被 人 们 所 看 重 。 三 维 动 画 因 为 它 比 平 面 图 更 直 观 ， 更 能 给 观 赏 者 以 身 临 其 境的 感 觉 ， 尤 其 适 用 于 那 些 尚 未 实 现 或 准 备 实 施 的 项 目 ， 使 观 赏 者 提 前 领 略 实 施后 的 精 彩 结 果 。1.3 研究内容本系统是 100-30 型固井水泥车仿真系统，主要是模型展示和动画演示等内容。利用三维建模软件 3D Max 构建各个元件的模型，通过材质、贴图、灯光和模型优化等处理技术，真实的描绘出各元件的模型，构建出水泥车注水和注泥安全操作的三维虚拟场景，供教学员工观看，达到让实习员工熟悉水泥车整个流程及安全注意事项。最终既能够使教学人员掌握真实操作技能，又避免现场练习操作时由于业务的生疏产生危险后果的可能。本文依据三维动画技术的制作，结合“仿真模拟培训技术”的需求，通过三维技术在 100-30 型固井水泥车制作的应用，结合相应的模型与实际，进而对 100-东北石油大学本科生毕业设计（论文）330 型固井水泥车进行了构建与设计。为此本文从水泥车内部注水泥原理和水泥车模型的构建着手，分析三维动画创作实物建模造型、渲染着色、成图的基本流程与三维动画软件系统。仿真模拟技术能够全方位、直观地给人们提供有关 100-30型固井水泥车注水泥的的各种具有真实感的场景信息。通过对仿真模拟技术在油田中的应用的研究，为油田规划、建设与运营管理、安全管理、决策支持等提供直观的三维信息化服务，大大提高了油田的信息共享和科技水平。东北石油大学本科生毕业设计（论文）4第 2 章 开发工具100-30 型固井水泥车虚 拟 场 景 是 通 过 3D Max 建 模 工 具 创 建 相 关 模 型 的 虚拟 环 境 ， 让 用 户 能 够 在 所 构 建 的 钻 井 井 控 的 虚 拟 场 景 中 概 要 的 了 解 安 全 操 作 流程 和 基 本 注 意 事 项 。2.1 主要的建建模工具 3D MAX3D MAX 是纯粹的 3 维软件，它与市面上的 2 维及 2.5 维软件的最大区别就是在计算机处理上。三维的运算及其复杂，但是其效果是值得肯定的，及其细丽真实，能把仿真度做到极高。而一般的二维软件如 AUTO CAD，虽然也能做一定三维示范模型，但是它的计算也只是停留在线的层面上，出来的最终效果也就是在三根线拉出来的面上个色而已，快但不出效果。而如 SKETCHUP 它的最大特点就是能实现二维与三位的快速变换，它的快速反应和独特的计算方式，使得对电脑的配置要求极低，非常适合处在设计初期的方案构思阶段对方案的推敲。因此该软件一经推出就受到广大设计人员和爱好者的欢迎，获得了广大的用户支持。2.1.1 3D Max 的发展历程三维软件是利用电脑制作几何模型的软件。最先只能在专业图形工作站上使用，随着 PC 机的飞速发展和普及，三维动画软件也纷纷被移植到 PC 机上。在DOS 时代，美国 Autodesk 公司的 3DS 三维动画软件几乎垄断了 PC 机三维动画的市场。1994 年 Mi crosoft 用 13 亿美元收购 Softimage 公司，1995 年推出基于NT 平台的 SOFTIMAGE3D30 版本，激荡了三维动画领域。迫于压力，为了维护 3DS 在三维动画领域的霸主地位，1996 年（一说 1997 年 8 月 4 日），Kinetix公司推出 3DS 的 WindowsNT 版本 3DSMAX10。这个版本在操作界面、组织结构和功能上都有质的飞跃，获得了巨大的成功。1998 年，Maya、Alias 、Houdini相继在 NT 平台上出现。同年，Autodesk 公司奋起迎击，推出偏重于建筑设计的3DSMAXVIZ 版本，该版本实际是在 3DSMAX 的基础上进行一些增减，增加一些与建筑有关的模块，删去一些动画功能。随着三维软件应用的迅速普及，小型三维软件也如雨后春笋般涌现出来。 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。如今 3D Max 制作的三维动画效果完全可以东北石油大学本科生毕业设计（论文）5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：3D Max、 Maya、Softimage/XSI 、Cinema 4D、Lightwave3D 、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。3D Studio MAX 6.0 版本，增加了多个便携式的建模工具，提高了内核性能。修正了结构视图(Schematic View) 、加入了高级粒子流插件粒子流系统(Particle Flow)这个粒子流可相当于多个 MAYA 流体的集合，功能相当强大、并入了令人期待的电影级渲染插件 mental ray ，使 MAX 渲染进入高端领域 、新增了网络渲染贴图、网络局部渲染、样条线/面片建模、编辑顶点法线、保存和调用对渲染参数设定等。这套改进 3ds Max 版本是 Autodesk 在建模，动画，渲染方案最新的获奖产品。它被全球顶级专业三维艺术家以及设计师广泛采用，并创造出逼真炫目的视觉效果，卓越出群的游戏和无以伦比的视觉产品。2.1.2 3D Max 应用领域3D Max 大量应用于游戏的场景、角色建模和游戏动画制作。3D Max 参与了大量的游戏制作，大名鼎鼎的古墓丽影系列就是 3D Max 的杰作。即使是个人爱好者利用 3D Max，也能够轻松地制作一些动画角色 2。对于 3D Max 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 3D Max 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 3D Max 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 3D Max 等软件的出色建模功能，能够制作出仿真度很高的 3D 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 它是由 Adobe 公司于 1990 年首次推出的一个功能十分强大的图像处理软件，主要应用于在图像处理、广告设计的一个电脑软件。最先它只是在 Apple 机（MAC）上使用，后来也开发出了 for window 的版本。东北石油大学本科生毕业设计（论文）6Photoshop 是图形处理软件 ,主要处理位图图形，广泛用于对图片、照片进行效果制作及对在其他软件中制作的图片做后期效果加工。比如:coreldraw,Illustrator 中编辑的矢量图象,再输入 photoshop 中做后期处理。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。2.3 After Effects 简介After Effects(简称 AE)，是 adobe 公司开发的一个影视后期特效合成及设计软件。它借鉴了许多优秀软件的成功之处，将视频特效合成上升到了新的高度： Photoshop 中层的引入 ，使 AE 可以对多层的合成图像进行控制，制作出天衣无缝的合成效果； 关键帧、路径的引入，使我们对控制高级的二维动画游刃有余；高效的视频处理系统，确保了高质量视频的输出；令人眼花缭乱的特技系统使AE 能实现使用者的一切创意；AE 同样保留有 Adobe 优秀的软件相互兼容性。它可以非常方便地调入 Photoshop，Illustrator 的层文件；Premiere 的项目文件也可以近乎完美的再现于 AE 中；甚至还可以调入 Premiere 的 EDL 文件。新版本还能将二维和三维在一个合成中灵活的混合起来。用户可以在二维或者三维中工作或者混合起来并在层的基础上进行匹配。使用三维的层切换可以随时把一个层转化为三维的；二维和三维的层都可以水平或垂直移动；三维层可以在三维空间里进行动画操作，同时保持与灯光，阴影和相机的交互影响！并且 AE 支持大部分的音频，视频，图文格式，甚至还能将记录三维通道的文件调入进行更改。Adobe After Effects 软件可以帮助您高效且精确地创建无数种引人注目的动态图形和震撼人心的视觉效果。利用与其他 Adobe 软件无与伦比的紧密集成和高度灵活的 2D 和 3D 合成， 以及数百种预设的效果和动画为您的电影、视频、 DVD和 Macromedia Flash 作品增添令人耳目一新的效果。2.4 V-Ray 渲染器V