基于水泥车操作工艺流程毕业设计

1、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

2、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：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（

3、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

4、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 impro

5、ve 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 oper

6、ation 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 cem

7、ent 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 100-3

8、0 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 录第第 1 章章 概述概述.11.1 选题背景及意义 .11.2 三维仿真技术的内容与应用

9、.21.3 研究内容 .2第第 2 章章 开发工具开发工具.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第第 3 章章 水泥车动画总体设计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第第 4 章章 水泥车动画设计技术实现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第第 5

10、章章 用户体验用户体验与三维展望与三维展望.345.1 用户体验 .345.2 对三维技术发展的展望 .34总总 结结.36参考文献参考文献.37致致 谢谢.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

11、，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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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 3D

20、S 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

21、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，

22、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

23、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

24、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

25、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

26、.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；Premie

27、re 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

28、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-Ray 是由专业的渲染器开发公司 CHAOSGROUP 开发的渲染软件，是目前业界最受欢迎的渲染引擎，在中国目前仅由曼恒蔚图公司唯一授权推广。基于 V-Ray 内核开发的有 V-Ray for 3Dmax、Maya、Sketchup、Rhino 等诸多版本，为不同领域的优秀 3D 建模软件提供了高质量的图片和动画渲染。除此之外，V-Ray东北石油大学本科生毕业设计（论文）7也可以提供单独的渲

29、染程序，方便使用者渲染各种图片。V-Ray 在焦散方面的效果是所有渲染器中最好的。其天光和反射的效果也是非常好的，其实度几乎达到了相片的级别。设置简单是 V-Ray 渲染器的另外一大特色，它的控制参数并不复杂，完全内嵌在材质编辑器和渲染设置中，这就为初学者快速入门提供了可能性。2.4 会声会影应用简介会声会影英文名 Corel VideoStudio Pro Multilingual，最新中文版为会声会影x7，是一个功能强大的“视频编辑” 软件，具有图像抓取和编修功能，可以抓取，转换 MV、DV、V8、TV 和实时记录抓取画面文件，并提供有超过 100 多种的编制功能与效果，可导出多种常见的视

30、频格式，甚至可以直接制作成 DVD 和 VCD光盘。支持各类编码，包括音频和视频编码。是最简单好用的 DV、影片剪辑软件。它不仅符合家庭或个人所需的影片剪辑功能，甚至可以挑战专业级的影片剪辑软件。适合普通大众使用，操作简单易懂，界面简洁明快。该软件具有成批转换功能与捕获格式完整的特点，虽然无法与 EDIUS，Adobe Premiere，Adobe After Effects 和 Sony Vegas 等专业视频处理软件媲美，但以简单易用、功能丰富的作风赢得了良好的口碑，在国内的普及度较高。影片制作向导模式，只要三个步骤就可快速做出 DV 影片，入门新手也可以在短时间内体验影片剪辑；同时会声会

31、影编辑模式从捕获、剪接、转场、特效、覆叠、字幕、配乐，到刻录，全方位剪辑出好莱坞级的家庭电影。其成批转换功能与捕获格式完整支持，让剪辑影片更快、更有效率；画面特写镜头与对象创意覆叠，可随意作出新奇百变的创意效果；配乐大师与杜比 AC3支持，让影片配乐更精准、更立体；同时酷炫的 128 组影片转场、37 组视频滤镜、76 种标题动画等丰富效果。东北石油大学本科生毕业设计（论文）8第 3 章 水泥车动画总体设计三维动画又称 3D 动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一门新兴技术。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对象的形状尺寸建立模型以

32、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它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光3。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后需要的画面。3.1 100-30 型固井水泥车基本介绍100-30 型固井水泥车是固井水泥车主要用于油气田深井、中深井、浅井的各种固井作业，可以完成自制水泥浆、注水泥、替泥浆、碰压等工作。可以用于洗井和一般浅井的压裂施工，该车的最大优点在于凡属于井深在 4500 以内的各种固井作业，用一台车即可完成操作。GJC100-30 型固井车是在卡车上装有两台卧式三缸单作用柱塞泵的注水泥设备。柱塞泵由车上两台 DDC6064-TK33 柴油机驱

33、动。该设备配有自制水泥浆的混浆系统，具有自动混浆和二次混浆的功能，整车设备操作由电路系统、液压系统、气压系统及机械系统来实现，均集中在控制台上，由一人完成，操作方便可靠，自动化程度高，该车设有低压密度计，固井时可以准确地测出水泥浆的顺势密度值，以保证固井质量。正常工作条件要正常停机，先降低柴油机转速至怠速并把所有档位设在空载位。注意在高速运转后未经过充分冷却就将装配有涡轮增压器的柴油机停下会引起涡轮增压器毁坏。因为他将在轴承没有滑油供给的情况下继续旋转。GJC100-30 型固井车的主要由底盘、车台发动机、液力机械传动箱、柱塞泵、灌注泵等组成。外形、质量：整车长宽高（mm）为 11400250

34、03900，总质量（kg）为 29000，载质量（kg）为 18000，载胎数（个）为 10，桥数为 3，驾驶人数为2 人。底盘：型号为万国 5600i66 型载重越野汽车，发动机型号为卡特皮勒 C-15，功率（KW）为 324/2100r/min，最大扭矩（Nn）为 1965/1200r/min，轴距（mm）为 5740+1420，最小转弯半径（mm）为unfold mapping-OK。4.1.3 灯光3D Max 中的灯光可以模拟真实世界中的发光效果，如各种人工照明设备或太阳，也为场景中的几何体提供照明。3D Max 提供了多种灯光对象，用于模拟真实世界不同种类的光源。通过为场景添加灯光

35、可以增强场景的真实感，增加场景的清晰程度和三维纵深度，达到一个丰富并具有色彩的光线环境9。3D Max 提供标准灯光和光度学灯光这两种类型的灯光，另外还有一些mental ray 专用灯光，所有类型在视口中显示为灯光对象。它们共享相同的参数，包括阴影生成器。在默认状态下，3D Max 系统提供了一盏泛灯光以照亮场景，如果创建了新的灯光，系统中的默认灯光就会自动关闭。在水泥车建模工作完成后，需要对场景添加灯光，灯光的添加有利于材质的显示以及出现阴影效果。具体过程为：单击按钮下的，在下拉菜单中选择VRay 灯光，具体类型为 Object Type 下的 VR_光源，灯光的强度和角度可以手动进行调节

36、，添加灯光后的水泥车模型如图 4-17 所示。东北石油大学本科生毕业设计（论文）21 图 4-17 100-30 型水泥车加灯光图3D Max 中的照明原则是模拟自然光照效果，当光线接触到物体表面后，表面会反射或至少部分反射这些光线，这样该表面就可以被我们所见到了。物体表面所呈现的效果取决于接触到表面上的光线和表面自身材质的属性(如颜色、光滑度、不透明性等)相结合的结果。3D Max 中的 Lights 包括目标聚光灯(Target Spot)、自由聚光灯(Free Spot)、目标平行光(Target Direct)、自由平行光(Free Direct)、泛光灯(Omni)等。在该场景的模拟

37、中，为了尽可能的表现真实效果，我们主要采用Target Spot 和 Omn，需要注意得使灯光不能过多，这样会使整个场景发白，失去真实效果。以下两张是渲染后加灯光前后的对比图片，如图 4-18 是 100-30 型水泥车没加灯光的效果，如图 4-19 是 100-30 水泥车加灯光后的效果。东北石油大学本科生毕业设计（论文）22图 4-18 100-30 水泥车加灯光前的图图 4-19 100-30 水泥车顿加灯光后的图4.1.4 渲染技术渲染技术是指以接收的实体模型及有关软件对实体模型进行表面处理， 形东北石油大学本科生毕业设计（论文）23成较为生动、具体的二维渲染图。简单说，渲染就是生成得

38、到不同颜色的像素以组成一幅完整的图像。一次渲染包含大量复杂的计算，可能使你的计算机忙很长一段时间。在动画制作这个阶段的关键在于找到在最快时间内得到最好图像质量的方法，因为做一个动画的时间是有限的。三维软件中两种不同的渲染方法是非常重要的软件渲染和硬件渲染。软件渲染的方法非常复杂，需要更多的知识和对生成最佳效果的理解认识。渲染器之中，软件中所有场景数据和设置被关掉而进行渲染计算以得到最终的位图图像10。（1）硬件渲染(Hardware Rendering)硬件加材质 (shading)，赋纹理（texturing）和加光效(lighting)是使用计算机图形硬件将物体显示在屏幕上。可以使用硬件渲

39、染缓冲区 (buffer)得到每一帧的快照并将它们存储到磁盘上。因为硬件只是为特定任务而设计的，所以其渲染能力在渲染速度方面是很好的，但缺乏细节的复杂性，比如阴影、反射和后处理效果。硬件渲染主要用于渲染硬件类型的粒子效果，而这种效果能在后面的合成应用中得到加强，可以模拟喷泉。（2）软件渲染(Software Rending)软件渲染器(Renderer)运用复杂算法将几何尺寸、摄像机、材质等各种元素组合在一起。在物理光线得作用下生成最终的位图图像。因为光线真实属性的某些方面计算起来非常慢，大多数渲染器让你选择使用简捷的方法比如项目中我们使用环境光代替照明光提高渲染速度，缩短渲染时间，以保证整个

40、制作周期的时间。渲染是电脑三维表现图中的灵魂，视点的选择和光、色、质感的应用以及气氛的创造是渲染的首要任务。表现图的设计是一个不断调整和完善的过程，只有通过比较才能进一步深化。渲染的第一步是视点的选择，视点的确定是通过不断比较获得的；渲染的第二步是光的应用，光是渲染中最基本、最活泼的因素，应用的好坏直接影响到色彩、质感及气氛的营造；渲染的第三步是材质的赋予，通过软件的功能，给各个物体赋予不同的材质，可使 100-30 型固井水泥车中的各个部件更真实，更为形象、逼真。光与材质互为条件，互为补充，二者综合应用是电脑三维渲染中的重点和难点，只能在实践中加以体会和领悟。图 4-20 是渲染过程的流程示

41、意图。图 4-20 渲染过程流程示意图模型图视点选择：（1）反映全面、客观（2）能与实景图片复合（3）满足美观要求光的运用：（1）表达清晰、符合环境要求（2）满足美观要求，技巧应用恰当材质赋予：真实可信，比例恰当。东北石油大学本科生毕业设计（论文）24实景处理是电脑渲染中的最后一部分。按照设定的视点， 通过扫描仪将油田道路周围的景观输入到电脑之中，通过加工与拼贴功能进行实景合成，模拟设计方案在现实场景的真实状态，这样可以让业主与学员更为直观地了解 100-30 型固井水泥车注水内部特征。图 4-21 是渲染时渲染参数的调整，通过渲染出的图形如图 4-22 所示。图 4-21 渲染参数图图 4-

42、22 渲染后的图东北石油大学本科生毕业设计（论文）254.2 三维动画的实现该系统的动画主要是为了模拟出 100-30 型水泥车水泥车注水与注泥的整个流程。所以必须熟练掌握水泥车工作的整个流程，这是整个动画制作的基础。在3ds max 动画制作过程中需要创建记录物体运动起点和终点的关键帧，这些关键帧的值称为关键点。例如，制作一个物体直线移动的简单动画，只需要做出物体移动的起点和终点这两个关键帧就可以了，计算机将自动计算每个关键点值之间的插补值，从而生成中间动画11。4.2.1 关键帧动画在制作动画时，3D Max 并不需要对物体每一帧的动画进行设置，只需要设置其中最关键的地方，该帧画面就被称为

43、关键帧。它是由动画制作者人工进行设置的。动画的其他中间过程都是由电脑来计算完成，使整个动画成为一个完整的动画。关键帧动画是最基本的制作动画的手段，主要记载物体的移动、旋转、缩放变化12。在 3D Max 中有两种记录关键帧动画的方式，可以根据习惯使用自动关键点方式或设置关键点方式来创建关键帧动画。在 3D Max 9 中可以使用下列工具进行动画编辑和制作：“曲线编辑器”按钮：在工具栏中单击“曲线编辑器”按钮将弹出“轨迹视图曲线编辑器”对话框，它以图表上的功能曲线来表示运动。利用它可以查看运动的差值、在关键帧之间创建的对象变换。可以查看和控制场景中各个对象的运动和动画效果。“摄影表”：在曲线编辑

44、器对话框菜单栏中选择模式/摄影表命令，弹出摄影表对话框。该对话框显示了整个时间段上关键帧的分布，关键帧用不同的颜色分类，在摄影表中可以选择场景中任意或所有的关键点，缩放、移动、复制与粘贴它们，或直接在此进行操作。摄影表允许软选择关键点，这在使用每一帧上具有关键点的运动捕捉数据时相当有用13。“时间配置”按钮：单击此按钮将弹出 “时间配置”对话框，在此对话框中可以设置场景中的时间长度及时间范围。在“时间配置”对话框中“速度”栏中可以选择动画的播放速度，结束时间设置可以设置动画播放时间的长短，其结束时间值越大，动画播放的时间就越长。“运动”面板：此面板被放置在命令面板区，通过使用这个命令面板可以调

45、整变换控制器影响动画的位置，旋转和变形等操作。“层次”面板：使用此面板可以调整两个或多个链接对象的所有控制参数。可以对对象的轴心点、反向动力、链接关系进行设置。在调整轴心时，可以在“层次”面板中单击“仅影响抽”命令，也可以选择“仅影响对象”命令，若是东北石油大学本科生毕业设计（论文）26选择“仅影响轴”命令，则在调整轴心时，被调整对象不会有任何位置的移动， 选择“仅影响对象”命令，则只移动对象，而不会移动轴心。“动画设置”按钮：此按钮用来对场景中对象的关键帧参数进行自动或手动锁定记录操作。“时间滑块”：用来控制场景中当前实际位置，是设定对象关键帧时间的依据。4.2.2 水泥车动画制作流程在动画

46、制作时，大多数情况下是有规律可循的，动画的制作步骤可以分为以下几步。（1）首先要明确动画需表现的内容，这些内容可以分为多个镜头来完成，每个镜头占用的世界长短可以通过创作好的动画脚本来完成。（2）创建动画脚本所需要的实际造型，要明确动画对象由哪些部分构成，这些物体又有哪些层次上的链接关系，是否需要创建辅助物体等。此外，还要设置灯光和摄像机完成整个场景的布置。（3）给场景中的每个对象制作相应的材质，并根据渲染结果调整材质的各项参数，使各个对象的材质在脚本要求的场景内能表现出十分协调的动画。（4）设定对象的动作和场景、材质的变化，也就是录制动画的过程。（5）进行动画调试。（6）在动画合成中加入相应的

47、声音文件。（7）将动画转录为视频文件格式。下面介绍几个重要的关键帧设置：1.噪波命令：利用噪波命令来模拟注水池中水流的上升或下降过程。单击修改面板，在弹出的下拉列表中选择 Noise 修改器。参数设置如图 4-23 所示。东北石油大学本科生毕业设计（论文）27图4-23 噪波命令参数设置“噪波”修改器沿着三个轴的任意组合调整对象顶点的位置， 它是模拟对象形状随机变化的重要动画工具。其效果如图 4-24 所示。图4-24 噪波效果图东北石油大学本科生毕业设计（论文）282 在动画播放过程中以部件的闪动提醒工作人员该部件处于工作状态。首先打开自动关键帧来捕捉部件颜色的变化，令其每 100 帧闪动一

48、次，在第 100 帧的位置设定关键帧，找到漫反射将参数设置为 255、255、255，按住 Shift 键将第 0帧的关键帧用鼠标左键拖动到第 200 帧的位置，将第 100 帧的关键帧拖动到第300 帧的位置，以此类推。单击 即可观看闪动的效果。闪动的效果如图 4-25所示。图 4-25 循环泵闪动示意图3.摄像机：单击面板下的，为场景添加一个 Target Camera。如图 4-26所示。图 4-26 摄像机的关键帧设置整个动画的播放都是在 Camera 视图下进行的，点击快捷键 C 即进入 Camera东北石油大学本科生毕业设计（论文）29视图。所以需要对摄像机添加关键帧以便于观察到水

49、泥车各种视角的工作状态。摄像机的关键帧设置如图 4-27 所示。图 4-27 摄像机的关键帧设置动画的渲染：渲染是 3D Max 工作流程的最后一步，可以将颜色、阴影、大气等效果加入到场景中，使场景的几何体着色。完成渲染后可以将渲染结果保存为图像或动画文件。此次 100-30 水泥车的渲染使用 VRay 渲染器，点击快捷键 F10 弹出 Render Setup 对话框，在 Assign Renderer 选项中单击 Production 后面的按钮，选择 V-Ray RT 2.10.01 建立与 VRay 的连接。参数设置如图 4-28 所示。图4-28 渲染对话框参数设置图在 Render

50、 Output 栏中勾选单选框 Save File 选项，单击后面的按钮选择图片的保存位置。打开 VR_基项选项，在抗锯齿过滤器栏中开启 Mitchell-Netravali，并在 VR_设置中将动态内存极限更改为 2048，此时单击最下方的东北石油大学本科生毕业设计（论文）30Render 进行渲染，计算机将自动计算完成。为了确保所得即所需，在正式渲染出动画之前要先渲染一张当前场景的图片，以此来观察分析场景中的模型是否存在闪烁面、多余物体、破裂面等问题，如若出现要及时处理，处理完成后再进行测试，直至测试无误后方可渲染出图片序列。为了保证最后成品的图片质量和便于后期对输出动画修改、添加特效，3

51、D Max 渲染后输出的格式选择 32 位 tga 图片序列。32 位 tga 图片附带 ALPHA 通道信息，通过 After effects 合成动画之后便于对动画进行修改，而且输出 tga 图片序列然后合成的视频要比用 3D Max 直接渲染成的 avi 格式的视频质量要高、效果要好。4.2.3 后期制作各个场景制作完成渲染出来以后，接下来就要进行后期合成的工作了。我们使用 After Effects（简称 AE）软件来进行后期视频的处理。打开 AE 后双击project 栏空白处,弹出导入对话框选定要导入的第一张画稿,勾选对话框最下面的Targa sequence 此时这段图片序列被导

52、入到 AE 当中。以同样的方式导入一个背景图片。每一个合成都有自己的时间线面板，有了时间线面板就可以对素材进行任何操作。拖拽图片序列和背景图片将其放到下方的 Creat a new composition 中，此时时间线面板处于激活状态。如图 4-29 所示。点击快捷键 Ctrl+M 导出 AVI 视频文件，选择文件的保存位置并确定，等待计算机渲染输出最终形成的动画。图 4-29 导入 AE 的界面东北石油大学本科生毕业设计（论文）31将导出的动画导入会声会影软件中，对当前视频进行配音和录入字幕，使视频更加生动直观。打开会声会影软件后，选择会声会影编辑器，如图 4-30。4-30 会声会影编辑

53、器界面打开文件，将制作完成的软件导入会声会影变机器中。此时在主屏幕上就出现了我们所导入的动画，在主屏幕的下方是会声会影的工作区面板，工作面板的几个轨道依次是视频轨、覆叠轨、标题轨、声音轨和音乐轨。将做好的动画导入的视频出现在视频轨中，再将录好的音频导入到会声会影中并拖入到音乐轨中，选中录入的声音文件，在对应的时间轴处右击文件即可对其进行切割编辑，并调整视频文件的长短使视频的内容音频中所提到的内容相对应，若声音持续时间过长导致视频出现空档时，需要将音频中提到视频内容的最后一帧进行切割并延长至声音结束，此时即可保证视频与声音相一致，对声音的编辑结束。双击标题轨，编辑标题通过编辑和属性 可以编辑标题

54、的大小和位置。录入字幕后通过调整时间轴应保证与音频中的内容相对应一致。最后导出，渲染。完成的水泥车作业动画演示如图 4-31，注水泥浆作业动画演示如图 4-32.东北石油大学本科生毕业设计（论文）324-31 100-30 水泥车顶替作业动画演示图4-32 注水泥浆作业动画演示图东北石油大学本科生毕业设计（论文）334.3 理论创新本次设计将三维仿真技术首次应用到大庆油田钻技一公司的仿真培训中，同传统的二维技术相比有了很大的改善。三维仿真技术对客观世界的表达能够给人以更直观的感受。它以立体造型技术给用户展现更真实的场景，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能够描述和表达它们之间的垂直关系，具

55、有独特的管理复杂空间对象的能力及空间分析的能力。可以说虚拟现实三维仿真技术为大庆油田钻技一公司的建设提供了很大的便利。三维技术可以从任意角度观察处在三维空间的东西，三维空间有三个坐标轴，两个方向，二维却没有那么多，它仅由长度和宽度（在几何学中为 X 轴和 Y 轴）两个要素所组成的平面空间。只在平面延伸扩展，在三维空间里二维就是一个片。三维建模是整个水泥车动画建立的基础，主要包括几何建模和物理建模。为了能够真实模拟实际场景，不仅要求模型的几何形状和尺寸要符合实际，而且要包含实际物体的物理特性和运动特性，这样建立起来的模型在实际操作过程中才能给人以身临其境的感觉。首先针对大庆油田钻技一公司水泥车动

56、画设计的特殊性，提出了基于 3D Max 的三维几何建模方法构建大规模三维虚拟场景的建模思想、技术路线和实现方法，并给出了基于 3D Max 的三维虚拟现实建模技术的建模流程。这个流程是对传统流程的改进，是本文的创新点之一。其次，系统的介绍了整个场景各类实体的构建方法，其中动态实体的构建以及各类实体的构建过程都选用了最能提高实时性的方法，这是本系统的亮点。可以说三维技术是油田信息化的一部分，也可以说它为油田信息化的管理和建设提供了便利。使其管理起来更直观，效果更逼真，应用更快捷。与原始的人为操作相比，三维技术的应用，大大的提高了油田钻技公司在管理培训过程中的效率和质量，而且主要的是节约了人力资

57、源。不仅如此，通过调查发现用户对三维技术的应用的评价非常高，主要是三维技术逼真的描绘了实地场景，应用方便，维护简单。节约了大量的时间、精力、资源等，是值得推广和发展并且应用到实际的。东北石油大学本科生毕业设计（论文）34第 5 章 用户体验与三维展望介绍了三维模型的制作，渲染输出，和后期动画制作的操作。最后让我来展示一下 100-30 型固井水泥车的用户体验和对三维技术的展望。5.1 用户体验对于三维技术在仿真模拟培训中的应用的测试环节，我主要是通过试用效果评价的方式来完成和实现的。可以说三维技术是油田信息化的一部分，也可以说他为油田信息化的管理和建设提供了便利。使其管理起来更直观，效果更逼真

58、，应用更快捷。100-30 型固井水泥车注水泥的动画可以直观、形象、简洁的展现出水泥车注水泥时的内部的过程，以及管内液体的流动方向和顺序。方便员工了解、维修、改进。100-30 型固井水泥车的三维动画演示与原始的人工说明相比，更利于员工理解，大大的提高了哈里伯顿效率和质量，而且主要是节约了人力资源。不仅如此，通过调查发现用户对三维技术的应用的评价非常高，主要是三维技术逼真的描绘了 100-30 型固井水泥车注水的现实场景。节约了大量的时间、精力、人力。总得来说，三维技术在 100-30 型固井水泥车注水泥动画中的应用是值得推广和发展并且应用到实际的。而且仿真模拟培训在油田中的应用前景很可观。5

59、.2 对三维技术发展的展望仿真模拟培训技术在油田中的应用是一门新兴的技术，但是发展的很快，在实际生活中也得到了广泛的应用14。目前很多油田都实现了信息化的建设其中哈里伯顿仿真模拟培训技术在其中的应用就占很主要的一部分，未来的三维技术在油田中的应用将向一个信息仿真综合平台的方向发展，虽然目前受到硬件和软件条件的诸多限制，但是随着计算机技术的不断发展，多功能的三维智能物品将在不久的将来出现在广大用户面前。为广大用户提供全方位的信息。100-30 型固井水泥车仿真模拟培训技术作为油田信息化建设的一个应用，在技术方面有自己独特的优势。而且根据信息化油田建设的先天条件，作为一种刚刚崛起的新技术，仿真模拟培训技术主要用到三维技术，而三维技术有他自己独特的魅力15。我觉得，三维技术在仿真模拟培训中的应用，在未来的日子里，应该能够集中更多人的智慧和力量不断发展和完善，功能日益强大，为大家的生活东北石油大学本科生毕业设计（论文）35和工作带来更多便利。三维技术在未来的发展会