基于虚拟现实技术的油田维护仿真系统的研究与实现毕业设计

东北石油大学本科生毕业设计（论文）基于虚拟现实技术的油田维护仿真系统的研究与实现摘要本文首先介绍了油田维护仿真系统实现的环境，即利用虚拟现实技术，概括总结了什么是虚拟现实和目前国内外的研究现状。其次着重阐述了场景模型的构建，如三维模型实时生成和优化，细节层次描述，模型对象实例化，纹理映射和光照、材质的运用等。通过对油田维护仿真系统的体系结构的了解，利用三维建模平台3dsMax对虚拟人、驴头、曲柄、支架、管线等进行建模、烘焙；利用虚拟现实工具Virtools组建虚拟场景，完成主要场景和人物的搭建，模拟出类似真实的虚拟环境。从3dsMax中输出场景和虚拟人的模型，导入Virtools中进行了交互模块设计，实现了抽油机转动、人物按照指定路线走动等功能，部分步骤配以小窗口视频播放、背景音乐和操作解说，生动地展现了油田维护的操作场景。关键词：虚拟现实；抽油机；维护仿真；光杆密封圈东北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractThisthesisfirstintroducedtheenvironmentofoilmaintenancesimulationsystem.Itsummarizedwhatdoesvirtualrealityisandintroducedthedevelopmentlevelathomeandabroadbyusingvirtualrealitytechnology.Secondlyitmainlyexplainedtheconstructionofthescenemodel.Suchasreal-time3dmodelgenerationandoptimization,thelevelofdetaildescription,modelobjectinstantiation,texturemappingandtheuseoflight,material,etc.Throughthedeeplyunderstandingabouttheconstructionoftheoilmaintenancesimulationsystem,using3dmodelingplatformtocreatethemodelandthenbakethem,likevirtualhuman,lvtou,crank,stents,pipelinesandsoon.;UsingvirtualrealitytoolVirtoolstosimulatetheenvironmentwhichissimilartotherealonebyformingthevirtualsceneandaccomplishingthesetupofthemainsceneandthecharacter.DesigntheinteractionmoduleinVirtoolsforthemodelswhichwereexportedfrom3dsMaxlikethesceneandthevirtualhuman.Andrealizedmanyfunctionsasfollows:suchastherotationofthepumpingunit,charactermovingaccordingtothedesignedrouteandsoon.Somestepsmaintainthesmallwindowvideo,backgroundmusicandtheexplanationabouttheoperation,whichvividlyshowstheoperationsceneofoilmaintenance.Keywords:virtualreality;pumpingunit;Maintenancesimulation;Thepolishedrodsealingring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虚拟现实概述........................................................................................................11.2虚拟现实技术的应用前景.....................................................................................2第2章油田维护仿真系统总体分析与设计................................................................32.1油田维护仿真系统开发的背景及意义................................................................32.2油田维护仿真系统需求分析.................................................................................42.3油田维护仿真系统的总体设计.............................................................................5第3章开发工具的选择与介绍....................................................................................63.1建模软件的选择....................................................................................................63.2开发平台的选择....................................................................................................83.3辅助工具PHOTOSHOP简介.............................................................................11第4章油田维护仿真系统的详细设计与实现..........................................................124.1三维模型的构建..................................................................................................124.2脚本在VIRTOOLS里的实现.............................................................................174.3油田维护仿真系统的详细设计..........................................................................204.4油田维护仿真系统的功能实现..........................................................................22第5章系统测试..........................................................................................................275.1系统测试简介.......................................................................................................275.2测试内容和结果...................................................................................................27结论..............................................................................................................................30参考文献........................................................................................................................31致谢..............................................................................................................................32东北石油大学本科生毕业设计（论文）1第1章概述1.1虚拟现实概述虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）是近十多年来发展起来的高新技术，被称为二十一世纪对人类有巨大影响的十大高新技术之一。目前，已被广泛的应用到军事、航天、建筑、医疗、娱乐等领域，在国外，在煤炭领域也得到一定程度的应用，但在国内它在煤炭领域的应用却刚刚起步。虚拟现实技术是以计算机图形学、图像处理和模式识别、智能接口技术、人工智能、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理和高性能计算为基础的非常复杂的技术系统，如果没有有效的应用开发工具，这项技术的应用是难以想象的。油田维护仿真系统是利用VR软硬件设备，根据现场调研模拟出包括抽油机场所和人工实体在内的三维空间，使用户在其中可以自然地与各种虚拟实体进行交互。本文将虚拟现实技术与相对传统的油田行业相结合，对油田维护仿真系统的三维数据模型和相关技术进行了研究，基本开发出油田维护仿真系统的原型系统，为我国油田行业信息化建设进行了尝试[1]。虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术，是一种可以创建和体验虚拟环境的计算机系统技术。虚拟现实技术有以下4种主要特征：1）多感知性，它是指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能；2）存在感（Presence），又称沉浸感（Immersive），它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，即计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的模拟环境应该具有一切人所具有的感知功能，达到使用户难以分辨真假的程度；3）交互性（Interaction），是指参与者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，他可以用手去直接抓取模拟环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中被抓住的物体也立刻随着手的移动而移动；4）自主性（Imaginative），是指虚拟环境中物体依据各自的模型和规则按操作者的要求进行自主运动的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动，或翻倒，或从桌面落到地面等。东北石油大学本科生毕业设计（论文）21.2虚拟现实技术的应用前景纵观虚拟现实技术这30多年来的发展历程，VR技术的未来研究还是遵循“低成