国内外VRML应用技术发展综述[1]

虚拟现实虚拟现实 VRMLVRML 技术的发展及在先进制造业中的应用技术的发展及在先进制造业中的应用 文献综述 题目 数字石油固井 LADS 装置设计 研究方向 虚拟现实自控导航技术 硕士生导师 王展旭 硕士生 仝兆景 单位 虚拟现实自控导航技术研究室 青岛科技大学机电工程学院 2003 年 12 月 23 日 1 目录 1 概述 2 国内外近期研究状况 2 1 国外研究现状 2 2 国内研究状况 3 VRML 的特点 关键技术及实现过程 3 1 VRML 技术特点 3 2 关键技术 3 2 实现过程 4 虚拟现实技术在先进制造业中的应用 5 实现数字机械的关键技术及存在的问题 5 1 VRML 文件与 HTML 文件的通信 5 2 系统交互 5 3 系统导航与建模 5 4 模型建立 5 5 获取数据后的机构性能分析与优化 6 数字石油固井 LADS 装置的框架设计 6 1 问题提出 6 2 石油固井 LADS 装置的工作原理 6 3 数字石油固井 LADS 装置设计目标 6 4 数字石油固井 LADS 装置设计注意事项 2 虚拟现实虚拟现实 VRMLVRML 技术的发展及在先进制造业中的应用技术的发展及在先进制造业中的应用 文献综述 1 1 概述概述 虚拟现实 VRML 技术 简称 VR 技术 是在 Internet Intranet 或本地构造 3D 对象的语言 提供了完整的 3D 图形和多媒体的交互功能 它采用 SGI silicon graphyicsinc 公司的 OPen Inventer ASCll 文件格式作为语 言的基础 1994 年 2 月设计完成了 VRML 初始例程 1995 年 5 月发布了 VRMLI 0 规程说明 在 VRML1 0 的基础上加入了大量的交互特性 VRML2 0 第一 版于 1996 年 8 月在新奥尔良举行的 SIGGRAPH 96 会议上颁布 1997 年 12 月 将 VRML97 即 VRML2 0 经编辑性修订和少量功能性调整后的结果作为国际标准 正式公布 并于 1998 年 1 月正式获得 ISO 批准 国际标准号 ISO IEC 14772 l 1997 创立了标准化进程仅 18 个月的 ISO IEC 纪录 同时它还是第一个用 HTML 发布的国际标准 VRML 的主要目的是为了在计算机网络中建造一个虚拟的三维世界 使信息 的表现形式更加生动 给人以身临其境的感觉 其最新版本 VRML 2 0 增加了支 持动画虚拟世界的功能 其结构与 1 0 版本有较大区别 现在使用的都是 VRML 2 0 版本 以下综述 VR 技术的发展及在先进制造业中的应用 2 2 国内外近期研究状况国内外近期研究状况 2 12 1 国外研究现状国外研究现状 美国是虚拟现实 VR 技术的发源地 美国的研究技术的水平实际上代表着 国际 VR 发展的水平 目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知 用户界面 后台软件和硬件四个方面 日本也是居于领先位置的国家之一 主要致力于建 立大规模 VR 知识库的研究 另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作 3 下面就这些方面的发展情况做一综述 美国宇航局 NASA 的 Ames 实验室完善了头盔显示器 并将数据手套工程 化 使其成为可用性较高的产品 NASA 研究的重点是对空间站操纵的实时仿真 大多数研究是在 NASA 的约翰逊空间中心完成的 大量运用了面向座舱的飞行模 拟技术 NASA 完成的一项著名的工作是对哈勃太空望远镜的仿真 现在 NASA 己经建立了航空 卫星维护 VR 训练系统 空间站 VR 议练系统 并且已经建立 了可供全国使用的 VR 教育系统 北卡罗来纳大学 UNC 的计算机系是进行 VR 研究最早最著名的大学 他 们主要研究 分子建模 航空驾驶 外科手术仿真 建筑仿真等 麻省理工学院 MIT 是一直走在最新技术前沿的科学研究机构 MIT 原来 就是研究人工智能 机器人和计算机图形学及动画的先锋 这些技术都是 VR 技 术的基础 1985 年 MIT 建设了媒体实验室 进行虚拟环境的正规研究 这个媒 体实验室建立了一个名叫 BOLIO 的测试环境 用于进行不同图形仿真技术的实 验 利用这一环境 MIT 建立了一个虚拟环境下的对象运动跟踪动态系统 另 外 MIT 还在进行 路径计划 与 运动计划 等研究 华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室 HITLab 在新概念的 研究中起着领先作用 同对也在进行感觉 知觉 认知和运动控制能力的研究 HIT 将 VR 研究引入了教育 设计 娱乐和制造领域 例如波音公司的 V22 运输 机 就是先在实验室中造出虚拟机后再投入生产的 伊利诺斯州立大学研制出在车辆设计中支持远程协作的分布式 VR 系统 不 同国家 不同地区的工程师们可以通过计算机网络实时协作进行设计 设计车 辆的过程中 各种部件都可以共享一个虚拟环境 并且可以查看对方任何一个 位置的视频传递和相应的定位方向 在系统中采用了虚拟原型 从而减少了设 计图像和新产品进入市场的时间 这样 产品在生产之前就可以估算和测试 并且大大地提高了产品质量 NEC 公司计算机和通信分部中的系统研究实验室开发了一种虚拟现实系统 它能让操作者都使用 代用手 去处理三维 CAD 中的形体模型 该系统通过 VPL 公司的数据手套把对模型的处理与操作者手的运动联系起来 东京大学的高级科学研究中心将他们的研究重点放在远程控制方面 最近 4 的研究项目是主从系统 该系统可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手 的随动机械人手臂 富士通实验室有限公司正在研究的一个项目是虚拟主物与 VR 环境的相互作 用 他们还在研究虚拟现实中的手势识别 已经开发了一套神经网络姿势识别 系统 该系统可以识别姿势 也可以识别表示词的信号语言 2 22 2 国内研究状况国内研究状况 与一些发达国家相比 我国 VR 技术尚存在一定的差距 近年来 国家有关 部门和科学家高度重视该项技术 根据我国国情 制定了开展 VR 技术的研究 例如 九五 规划 国家自然科学基金会 国家高技术研究发展计划等都把 VR 列入了研究项目 紧跟国际新技术的潮流 使国内一些重点院校 如下 积极投入到了这一领域的研究工作中 北京航空航天大学计算机系是国内最早进行 VR 研究 最有权威的单位之一 他们首先进行了一些基础知识方面的研究 着重研究了虚拟环境中物体物理特 性的表示与处理 在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件 并提出了 有关算法及实现方法 实现了分布式虚拟环境网络设计 建立了网上虚拟现实 研究论坛 可以提供实时三维动态数据库 虚拟现实演示环境 用于飞行员训 练的虚拟现实系统 开发虚拟现实应用系统的开发平台 并实现与有关单位的 远程连接 在利用虚拟现实技术进行装备的维修训练中进行了研究 在这方面 河北石家庄军械学院 武汉大学也进行了研究 浙江大学 CAD CG 国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫 游系统 该系统采用了层面迭加的绘制技求和预消隐技术 实现了立体视觉 同时还提供了方便的交互工具 使整个系统的实时性和画面的真实感都达到了 较高的水平 另外 他们还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一 种递进网格的快速生成算法 哈尔滨工业大学计算机系已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图 像的合成 表情的合成和唇动的合成等技术问题 并正在研究人说话时头势和 手势的动作 话音和语调的向步等 清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究 例 5 如球面屏幕显示和图像随动 克服立体图闪烁的措施和深度感实验等方面都具 有不少独特的方法 他们还针对室内环境水平特征丰富的特点 提出借助图像 变换 使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性 以利于实现特征匹配 并获取物体三维结构的新颖算法 并在产品设计和制造过程的计算机仿真方面 做了进一步研究 西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术 立体显示技术 进行了研究 他们在借鉴人类视觉特性的基础上提出了一种基于 JPEG 标准压缩 编码新方案 并获得了较高的压缩比 信噪比以及解压速度 并且己经通过实 验结果证明了这种方案的优越性 北方工业大学 CAD 研究中心是我国最早开展计算机动画研究的单位之一 中国第一部完全用计算机动画技术制作的科教片 相似 就出自该中心 关于 虚拟现实的研究已经完成了 2 个 863 项目 完成了体视动画的自动生成部分 算法与合成软件处埋 完成了 VR 图像处理与演示系统的多媒体平台及相关的音 频资料库 中科院地理所对三维动态交互地图可视化进行了深入实践 河海大学探讨 了利用 VRML 技术从数字等高线生成三维地貌的一种格网方法 从数字等高线中 按格网提取高程点信息 并使用 VRMI 生成三维地貌 并编写了 MIF MID 文 件格式的数字等高线生成三维地貌的程序 国防科技大学 郑州信息工程大学 在这方面研究也取得了进展 研究将虚拟现实技术应用于各类学科的教学实验中的有 西安电子科技大 学 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室 河北师范大学 首都医科大 学 西安外国语学院 湖南农业大学 研究将虚拟现实技术应用于工程模型设计 虚拟装配 虚拟制造 运动仿 真中的有 清华大学 浙江大学 山东大学 深圳大学 大连铁道学院 温州 大学 南京理工大学 成都电子科技大学 吉林工学院 西南科技大学等 3 3 VRMLVRML 的特点 关键技术及实现过程的特点 关键技术及实现过程 3 13 1 VRMLVRML 技术特点技术特点 6 VRML 具有以下特点 使其在需要进行实时三维交互的领域有广阔的用途 1 1 平台独立性 平台独立性 当今的 Internet 是异构型网络 各个厂家的各个机器 都连在上面 因此 如果一种语言对各种机器没有统一的运行机制 显然是不 适合 Internet 的 VRML 成功地解决了这个问题 它提出了一种新思路 即基 于文件的运行机制 用该语言编制的程序不必经过任何的编译 连接等处理 当要显示虚拟场景时 文件从网络实时传输过来 由浏览器对该文件进行分析 显示 也就是说只要机器配备了 VRML 浏览器 就可以浏览从网络上传输过来的 虚拟场景 2 2 低带宽要求 低带宽要求 由于 Internet 的负荷很重 因此如何在低带宽情况下 很好地工作 成为一个突出的问题 VRML 充分考虑了网络的优化问题 首先在 文件格式的设计上 VRML 文件本身是 ASCll 码格式的文本文件 产生的文件只 占很小的存储空间 同样一个场景文件的长度远远小于其它格式的文件 如使 用 3DMAX 构造的三维场景 所以在网络带宽有限的条件下 它更加适合于在计 算机网络上进行传播 最后的场景由浏览器来产生 从而把网络的负担转移到 机器的本地处理上 其次 一个大的场景被分解为许多文件 可以细到一个物 体用一个文件 因此 一般来说文件较小 并且可以时实时去取 免去了不必 要的网络传输 也使访问的时间减到最少 3 3 灵活高效地创建三维场景 灵活高效地创建三维场景 VRML 由各种不同类型的节点组成 采用 符合规范 VRML 的字符对节点的功能进行描述 然后将这些节点按照特定的场景 图层次进行组合 形成 ASCll 文本格式的源文件 因为 VRML 是 WWW 上的模拟 所以 VRML 源文件能被 VRML 浏览器解释执行 从而在浏览器中显示所构造的 3D 场景 而用典型的程序语言设计的方法 如 OpenGL 来建立空间则要复杂许多 因此 利用 VRML 的节点描述场景图层次的方法来构造 3D 虚拟空间具有灵活高 效的特性 4 4 基于事件的交互 基于事件的交互 VRML 允许用户的行为能够实时作用于场景 用户 不仅可以在场景中随意漫步 还可以随时启动一个事件 比如 碰到一个物体 发出巨大的碰撞声 遇到一个门 亲自把它打开 旋转灯钮来控制灯光的亮度 等等 这种人机交互是建立在事件的基础上的 它还支持多媒体 包括 3D 声音 和各种格式的音频 视频以及动画等 7 5 5 结构化 结构化 VRML 的元素具有良好的界面和描述简单的语法 6 6 可重组 可重组 用 VRML 生成的图形元素可被重复使用 7 7 易扩展 易扩展 VRML 不仅为 JavaScript Java 等语言提供了调用的接口 还可以让开发者定义自已的节点类型 为实现复杂多交互性的虚拟现实系统奠 定了基础 3 23 2 关键技术关键技术 应用虚拟现实技术关键在于软硬件开发工具的选取 实体建模 建立信息 库 动态交互设计 部件的切换与细化 嵌入网页 实现网上浏览 3 23 2 实现过程实现过程 使用 VRML 构建三维实体及进行系统功能设计主要用以下方法步骤来实现 1 1 实体模型构建 实体模型构建 VRML 中的造型具有几何尺寸和外观 两者由一个 Shape 节点定义 这些特征定义了创建和放置在虚拟空间中的造型 一个造型的 确切几何尺寸和外观由给定节点和节点域的选择值控制 造型的外观由 Appearance 和 Material 节点来描述 VRML 提供了 Sphere Box cylinder Cone 四种原始几何造型 任何复杂的物体都可以由这四种原始几何造型构成 形状特殊的物体也可以用 3D 成型软件构建 然后转化为 VRML 格式 经过处理 后参与整体的组合 2 2 动态的实现 动态的实现 以上构造出的场景只是静态不动的 为了使构造出来的 VRML 场景更接近于现实 体现其强大的交互性 必须通过编程实现 VRML 造型 的动画功能 必要时可结合 Javascript 或 Java 共同参与其交互功能 3 3 动态画面的切换与细化 动态画面的切换与细化 为了观察的需要 画面的切换与细化是非常 重要的 切换与细化是指在整体的效果图中可以按照观察者的意愿 点击其中 某个部件 就可看到更细致 完整的部件效果图 4 4 虚拟现实技术在先进制造业中的应用虚拟现实技术在先进制造业中的应用 8 虚拟现实技术 Virtual Reality Technology 在先进制造业中的主要应用 包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分 虚拟制造是以信息技术 仿真技术 虚拟现实技术为支持的一种新的制造 技术 在产品设计或制造系统的物理实现之前就能使人体会或感受到未来产品 的性能或者制造系统的状态 从而做出前瞻性的决策和优化实施方案 虚拟制 造为企业带来好处很多 在实际生产前 生成的软产品原型 Soft Prototype 代替传统的硬样品 Hard Prototype 进行试验 对其性能和可制造性进行预测 和评价 在不消耗资源和能量的情况下 验证生产方案 工程技术人员可以直 接对设计出的产品进行试加工 进行各项实验 检查产品各方面的技术性能等 一系列的验证工作 对生产的组织和进度安排进行实验 建立合理的进度表等 虚拟制造大大降低了生产成本 减少了新产品开发的投资 缩短了产品开发周 期 提高了系统快速响应市场变化的能力 因此受到了广泛的重视 虚拟制造 技术将从根本上改变设计 试制 修改 规模生产的传统制造模式 使制造业 步入更经济 更快捷 更高效的发展模式 虚拟制造不仅是制造业发展的一次 革新 而且也是建模与仿真技术自身的一次飞跃 虚拟企业是为了快速响应某一市场需求 通过信息高速公路 使产品涉及 到的不同企业临时组建成为一个没有围墙 超越空间约束 靠计算机网络联系 统一指挥的合作经济实体 虚拟企业的特点是企业功能上的不完整性 地域上 的分散性和组织结构上的非永久性 即功能的虚拟化 组织的虚拟化 地域的 虚拟化 复杂系统的虚拟现实仿真作为虚拟制造的重要组成部分 其功能是构建三 维静态模型 并根据生产计划实现离散事件仿真 VRML 技术应用于先进制造的实现过程可分为以下两步 1 1 三维场景建模 三维场景建模 建立三维场景模型时 采用了由小到大的做法 先将整个系统事先规划成 若干个部分 对于其中复杂部分通过 Box Cylinder Sphere Cone 基本形体 节点和 Extrusion IndexedFaceSet 等生成复杂形体的节点进行分别实现 按 照规划存入不同的文件中 最后根据各运动部件的连接关系 在一个主文件里将 组成系统的简单部分直接编程实现 复杂部分用 Inline 节点组合在一起 就可 9 以成为整体的三维场景模型 2 2 复杂系统的虚拟现实仿真技术 复杂系统的虚拟现实仿真技术 利用虚拟现实建模语言 VRML 构建复杂系统的三维场景后 可以通过 PlaneSensor CylinderSensor SphereSensor 等节点确定各部分机构的运 动自由度和范围 通过位置插补器节点 PositionInterpolator 方向插补器节 点 Orientatationlnterpolator 和坐标插补器节点 Coordinatelnterpolator 进 行线性插值来设计动态过程 还可以利用 Java 语言与 Script 脚本节点结合来 扩充 VRML 的功能 实现复杂动作虚拟 其中 仿真过程的触发行为以及事件之 间的连接回路是通过触摸传感器节点 TouchSensor 时间传感器节点 TimeSensor 和 ROUTE 语句实现的 ROUTE 语句对出事件和入事件进行了有机的 连接 保证了节点与节点之间的联系 5 5 实现数字机械的关键技术及存在的问题实现数字机械的关键技术及存在的问题 5 15 1 VRMLVRML 文件与文件与 HTMLHTML 文件的通信文件的通信 1 域和事件 域 Field 和事件 Event 是 VRML 节点用来定义对象 性质的基本属性 可分为事件输入 EventIn 和事件输出 EventOut 以及私 有域 Field 和公共域 Exposed Field 公共域是公有元素 可被其它节点 修改 且隐含有两个事件 事件输入 set fieldName 和事件输出 ieldName changed fieldName 是公共域的名字 事件代表了使用者的动作和 要求 专门用于从某个节点向另一个节点传递参数 具有动态的意义 2 Javascript 的应用 Javascript 是一种基于对象的脚本语言 是通过嵌入或集成在标准 HTML 语言中而实现的 Javascript 不受任何特殊硬件平台和操作系统的影响 只与 解释它的浏览器有关 而且能出色地控制环境中的动态事件 5 25 2 系统交互系统交互 实现交互性操作的具体位置有两处 HTML 页面的控件以及 VRML 页面的节 10 点 后者是单纯地在 VRML 页面上实现的用 VRML 父节点控制其它 VRML 节点的活 动 实现交互的相关节点主要有两个 1 感应器节点 传感器的选择必须考 虑相关的动作类型 如果要获取观察者的位置和可见度的信息 可以使用 Proximitysensor 和 VisibilitySensor 要滚动 转动 拖动几何体 可以使 用 Spheresensor Cylindersensor 和 PlaneSensor 另外 TouchSensor 可获 得非常丰富的关于鼠标的信息 2 Script 节点 他的主要作用是提供灵活的 编程嵌入接口 其中 URL 域可以直接编写描述性质的程序 也可以将程序部分 分离出来 单独存放在一个文件中 然后在 URL 域指定它的资源地址 在 VRML2 0 标准中也没有具体规定编程语言 用户可以根据情况 选择 VrmlScript JavaScript 或 Java 5 35 3 系统导航与建模系统导航与建模 为了防止在复杂的 VRML 场景中迷失航向 应设置作用明显突出的导航控件 或者节点 为了可以细致地观察某些现象 应适当地设置观察位置和观察方向 即视点 如在场景的设计中 应设置正视图 侧视图 俯视图以及全局图的 视点 以方便用户随时切换观察方式 必要时 可以提供自动浏览的功能 使用非专业针对 VRML 的创作工具制作的三维模型不要采用 VRML2 0 不支持 的功能 如凹凸贴图等 5 45 4 模型建立模型建立 根据部件尺寸 形状 位置 运动关系建立机构模型 尤其是复杂模型 可利用 3DMAX 建立模型 场景 输出 VRML 文件 再对此文件进行编辑 如加入 Script 节点 定义其他节点 增加属性等 对不规则外形和不同的运动形式 可用位置插补器 position interplolator 来更精确描述 对需要细节展现的 部分可运用 LOD 算法 它的功能为 一个复杂的模型在距离观察者很远时 它 的大多数细节都不能被观察者看见 因而可忽略 只有当观察者足够接近模型 时这些细节才体现出来 8 这样既可满足设计需要 又可节省资源 VRML 的颜 色插补器 法线插补器 坐标插补器 位置插补器等能更真实地建立模型和场 11 景 更准确地定位模型 描述其运动 达到很好的仿真效果 并且文件所占空 间很小 一般为几十 KB 5 55 5 获取数据后的机构性能分析与优化获取数据后的机构性能分析与优化 存取数据 处理优化的数学模型和可靠性分析均可通过 Java 等结合数据 库编程实现 优化解直接传送给 Applet Applet 与 VRML 文件及页面数据进行 通信并使之实时显示 基于网络的系统都涉及到这个问题 VRML 文件中定义 Script 接口和其他节点名称 属性 在 Script 节点与 Java 程序间建立一个映 射 同时初始化指向 VRML 场景的程序变量 这可在 initialize 方法中完 成 在映射并初始化后 可用 Value 赋值 同时将该值传递给 VRML 中某一字 段 当 VRML 中的传感器如 TouchSensor 检测到触发事件后 使 VRML 即时更新 实现实时显示设计结果 基于 VRML 技术实现数字虚拟机械是综合了自动化控制 计算机图形学 机 械设计 人机工程学 液压理论计算机应用及虚拟现实 VR 等多门学科 具 有较大的难度 目前 关于数字虚拟机械的研究主要集中在有关广义力学的静态模型方面 性能 设备及工艺参数等 而在动态模型的研究方面开展得较少 故建立虚 拟机械的动态交互的数学模型是关键技术 此外 VRML2 0 是单纯的文本编辑语言 它不提供可视化编写环境 实物 虚拟模型的建立完全依赖于坐标的定位 旋转和放缩 这给模型的建立带来了 很大的难度 动态虚拟仿真场景的建立以及最后建立的三维监控系统需要三维 模型与仿真的数学数据动态交互 VRML 不提供数学运算 这需要借助于 JavaScript 语言 多种语言的混合运用也是关键技术 同时也给编程带来了一 些难度 6 6 数字石油固井数字石油固井 LADSLADS 装置的框架设计装置的框架设计 6 16 1 问题提出问题提出 石油钻井工程中的固井作业质量关系到完井的成败 而影响固井合格率的两 12 大因素为固井添加剂和固井设备 海洋油田的钻探和开发 对钻井的固井质量要 求很高 如果在规定时间内 机电设备不能有效地供给固井添加剂 导致类似 灌 肠 的完井事故 那么将造成人 财 物的巨大损失 甚至污染海洋环境 为了 控制水泥的固化速率 失水速率 稠化时间 对固井设备中添加剂的机电一体化 成套装置 要求有很高的自动化能力 因此可以说 液态固井添加剂的自动配料系 统 简称 LADS 是决定固井作业质量至关重要的设备之一 在我国石油工业中 还没有类似美国哈里博顿石油公司生产的固井添加剂 LASS 系统 造成落后的原因 一是我国的固井长期处于粗放式的作业状态 对 添加剂配料的精度要求不高 完井质量较低 二是没有自动化配料要求 使 LADS 系统的研制没有市场 但是随着海洋油田的钻探和开采 陆上油田向低渗 透 挥发性油藏进军的步伐 随着环保法律的健全 随着我国钻井业务向国际 市场的挺进 钻井工程对固井作业的质量要求越来越高 在有些国际钻井招投 标工程中 是否拥有 LADS 系统的钻井队成为夺标制胜的法宝之一 因此 研制 有自主知识产权的固井添加剂自动配料系统 简称 LADS 是高新技术提升传 统钻井工程设备的关键 目前 在东南亚一带的钻井工程中 除租用的一套美国美国哈里博顿石油 公司生产的 LASS 系统在服务外 还未见更为先进的固井添加剂配料系统 这套 LASS 系统未在中国申报专利技术 为抢占中国钻井市场 有必要采取消化 吸收 开发的形式 对该类设备进行国产化生产 然后装备海洋钻井公司 陆 上油田钻井公司 海外中标钻井队伍 图 1 数字石油固井 LADS 装置的工艺流程框图 供料计量泵 供料系统 手动配料 计量泵 1 计量泵 2 计量泵 3 计量泵 4 液压系统 配料罐 1 配料罐 2 混浆系统 13 VRML 是一项和多媒体通讯 Internet 虚拟现实等领域密切相关的新技术 它定义了一种把三雏图形和多媒体集成在一起的文件格式 是一种可以在网络 上使用的三维场景描述语言 将它用来在 internet 上构建三维场景 并建立虚 拟系统 能够方便的在可交互的三维空间中表达信息 此外 利用网络编程还 可增加 VRML 的共享性和交互性 在数字虚拟石油固井撬装式 LADS 装置使用 VRML 能够快捷 经济 高效的的完成系统设计要求设计出最优的外观和符合人 体工学的布局 并且能够在虚拟场景中对操作人员进行技术培训 不会对设备 造成意外的损坏 6 26 2 石油固井石油固井 LADSLADS 装置的工作原理装置的工作原理 LADS 配料系统的基本工作原理 供料系统按照固井时的不同需求 按照一 定的比例 将固井添加剂按一定的流速注入配料罐中 进行搅拌 然后再按一 定的流速注入水泥泥浆中 参与固井 因为 LADS 配料系统的特殊工作环境及工作性质 要求防爆 配料速度快 准确度 可靠性高 操作简便 适应环境能力强等硬性指标 因此对系统整体 要求较高 系统的防爆特性 是针对系统中使用气动 液压传动的装置的使用而提出 的 在添加剂的添加过程中要考虑添加的精度和速度 所以要在系统中加入多 个计量泵 由于海上工作条件相当的恶劣 要考虑在炎热和寒冷地区中 分别 加上降温和加热装置 操作简便使得 6 36 3 数字石油固井数字石油固井 LADSLADS 装置设计目标装置设计目标 1 实现系统三维模型的建立 各部分的颜色 材质达到审美及设计要求 2 动态交互设计 完成相应部件的交互功能 匹配相应的声音 转动 平 动 灯光效果 3 设备按的工作原理完成虚拟现实的工作过程 4 在虚拟场景中对其中的关键部件可进行拆装 5 部件的切换与细化 可以详细的观看三维部件的细节 6 嵌入网页 实现网上浏览 14 6 46 4 数字石油固井数字石油固井 LADSLADS 装置设计注意事项装置设计注意事项 6 4 16 4 1 虚拟现实建模虚拟现实建模 虚拟现实建模是把实景表示为计算机三维场景的过程 目前 构造三维场 景主要有两种方式 一种方式是一次把整个场景全部生成 这种方式带来的最 大问题是 以后场景的修改比较困难 比如 需要增加或减少三维实体时 整 个场景都需要重建 另一种方式是先构造基本三维实体 然后再由基本三维实 体组成三维场景 所谓基本三维实体 是指构成三维场景的最基本单位 它们 不能够再进一步拆分为任何其他三维实体 例如 对于油箱 电机 机座等就 是基本三维实体 它们均不能再进行拆分 使用这种建模方式的优点是 三维 场景是可扩展的 并且加强了三维场景的柔性 即三维场景可以由基本三维实 体任意组合生成 当在场景需要增加或减少实体时 只需要增加或减少基本三 维实体即可 完全克服了第一种方式可扩展性差 修改困难的缺点 一个较大 的三维场景可以由多个子场景构成 而子场景是由基本三维实体构成的 图 2 在虚拟现实编程中各部分的结构 人