三维仿真论文范文

2019-10-28 版权声明

三维仿真论文

三维仿真论文篇1

一、三维仿真培训系统的架构设计

1电力仿真框架

电力安全培训的三维仿真系统要想真实地反映电气设备的外观结构和运行环境,就需要三维仿真系统能够展现规模庞大的现实虚拟场景,所以,在开发系统的逻辑控制程序时,就需要将三维仿真系统的整体架构分为电力仿真框架和通用三维仿真引擎两部分。在现实的操作过程中,操作人员是通过仪表设备操作控制电气设备的,而在三维仿真培训系统中,则是通过复杂的逻辑系统实现对其的控制,将现实中的电气设备和仪表转化为抽象的虚拟设备和操作逻辑。为了使各种动作状态在三维效果中显示得更加正确、合理,达到预定的视觉属性,往往需要重新组织节点名称和节点坐标。

2通用三维仿真引擎

通用三维仿真引擎的功能是达到图形渲染、交互控制和网络通信的目的。它是由资源管理、场景管理和动画系统三个子系统组成的。通用三维仿真引擎与逻辑操作无关,它主要是为了实现三维虚拟场景的重建和环境渲染。电力仿真系统与通用三维仿真引擎共同组成了一个完整的三维仿真培训系统。

二、系统实现的主要技术要求

1仿真对象和电气属性的同步

在三维虚拟环境下,为了保证虚拟对象和行为的一致性,往往需要借助事件、属性、对象的三位一体机制来实现。电气设备的虚拟设计是电力安全三维仿真培训系统的主要对象,除了颜色、缩放比例等常见的属性外,还需要对仿真对象的电气闭合状态和相关参数等重要的属性进行逻辑设计。当虚拟操作导致电气设备的闭合状态发生变化时,电气设备的相关属性就会发生变化,最终使得电气设备的参数发生变化。当信息传递到设备管理器时,就可以重新计算电网的参数来更新事件的状态。

2逻辑控制与复杂操作的对应关系

电力安全三维仿真培训系统的操作过程应当全面支持操作者的各种开放式操作行为。简单来讲,虚拟的操作逻辑应当及时地判断和反馈操作者的操作行为。开放式的操作控制逻辑与封闭式的操作控制逻辑相比,其应变能力和复杂程度都大幅提高了,在这种操作控制逻辑下,用户可以根据自己的操作习惯灵活操作,避免复杂的操作流程带来一定的操作压力。在错误的操作下,操作系统也会及时给予警告或提示,这样便可以更好地实现智能化培训的目的。

3大规模场景的情境渲染技术

由于电力安全培训的三维虚拟场景范围比较大,需要仿真对象根据培训人员的操作产生动态移动,这就要求在具体的逻辑设计中,不能把全部的仿真对象放置在同一个渲染列表中,以免影响操作过程控制。在实际设计中,可以将仿真对象分为可渲染对象和可移动对象两种。可渲染的仿真对象一般是指场景对象的模型数据,它只要求有显示的功能,而可移动仿真对象则需要能够在三维坐标中来回移动。当场景数量较大时,可以分别优化处理静态场景和动态场景。只更新动态场景的空间信息而忽略了静态场景的空间信息,不仅能够提高渲染速率,还可以有效地节约计算资源。

4三维交互模式的实现

三维交互模式的首要功能是当用户轻点三维场景中的某一个物体时,系统就可以快速地检测到该信息的传送情况,并快速反应,从而实现三维交互模式中的人机交互。三维物体是根据射线相交的原理实现的,当鼠标点击的位置发射一条平行于视线的射线与场景射线相交计算时,交点即该物体的位置标识。常用的三角形检测方式往往会占用较多的计算资源,影响定位速率。为了避免这种情况的发生,可以采取包围球体的检测方式与三角形检测方式混合使用的方法,提高检测速率。

三、三维仿真培训系统的应用

根据上面的整体架构设计和主要问题分析,可以初步实现包含场景编辑器、逻辑编辑器、地图编辑器在内的三维仿真培训系统。场景编辑器可以实现三维场景的构建功能,逻辑编辑器可以将复杂的逻辑语言转化为可视性的操作过程,实现虚拟设备的响应控制功能,而开发人员则可以通过地图编辑器实现三维场景的布置功能,并且可以及时查看编辑结果。

四、结论

通过分析电力安全三维仿真培训系统的特点和设计难点,设计、研究出了满足实际需求的三维仿真培训系统,进而实现较大规模的渲染和较好的人机交互操作体验。对三维仿真培训系统的开发和研究需要全面设计逻辑控制功能,只有这样,才能保证三维仿真系统在实际操作中实现较好的用户体验,达到预期的培训效果。

作者:马元忠单位:国网重庆市电力公司技能培训中心

三维仿真论文篇2

《大学物理杂志》2014年第六期

1改革的重点与具体措施

1.1教学方法三维可视化为了解决大学生在学习过程中理解困难和前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的教学问题[3],教学团队将物理建模思想应用于教学实践中,通过三维可视化仿真,使复杂、抽象、烦琐的理论模型变得直观、具体、明了.例如:针对“空间光通信创新实验”课程中的光学天线设计及光传输、激光雷达成像和光子晶体光纤光传输等进行了三维动态可视化仿真.在对前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的情况下,拟采用理论建模与仿真验证方法来实现.

1.2创新实践自主化为了解决自主创新实践能力训练不足的教学问题[4],教学团队将光通信、微波光子学等交叉学科前沿技术与创新实践相结合,构建了“空间光通信”开放式创新实践平台,建设了综合型、设计型、创新型的开放式专业实验室.依托开放式创新实践平台,开展了大学生自主研究型学习,着力加强大学生自主创新实践能力的培养[5,6].加强科研促教,拓展创新思维,在“985高校”大学生创新训练计划支持下,实施了创新设计项目40余项.依托科研项目把学生带到学术前沿,进行了形式多样的学术研讨:教授、副教授、博士、硕士、本科生分别定期做主题报告、分组讨论、网上论坛、参加国际国内会议和暑期夏令营等方式促进学术交流,形成良好的学术氛围.学生在开放式专业实验室里自主进行理论建模、仿真设计与实验验证,在规定时间内撰写学术论文等,开展了大学生自主创新能力的培养模式.

1.3多元化的教学评价体系为了解决传统评价方式缺乏对创新实践、仿真设计与课程论文等环节的评价的教学问题[7,8],教学团队将理论考试和平时成绩相结合,实验操作与自主创新实践相结合,理论建模仿真与课程论文相结合,构成了多元化的评价体系.例如:把理论考试成绩所占的比例下调到60%,而课程论文的比例上升到40%,通过创新项目和课程论文等方式评价学生的学习;通过课程论文答辩方式,依据“假设的合理性、建模的创新性、结果的准确性、表达的清晰性”进行综合评定,实现从应试教育到素质教育的观念性转变.引领学生朝着有利于自身全面发展的方向努力.

1.5开放式教学资源建设为了解决传统教学资源不足的问题,教学团队加强了师资队伍的建设,进行了广泛的国际、国内教学研讨和学术交流.重点建设了丰富的数字化网络资源平台网络课程含教学录相、典型实例、创新设计系列实验教案、经典物理问题、及在线实践编程等模块;适时引入在线答疑、网络论坛及现场演示与讨论等交互式教学形式,形成了模块化、交互式、开放式教学资源平台.

2改革与实践的探索

实例1大学生在牛顿式光学天线系统测试平台(图1)上做的部分实验内容:图2为接收光斑实验测试,图3为利用光束质量诊断仪器测试光斑.通过三维可视化仿真,使复杂、抽象、烦琐的空间光通信系统中的激光传输理论模型变得直观、具体、明了,解决大学生在学习过程中理解困难的教学问题(大学生创新实验设计项目)。例如:老师们课堂上在讲解光子晶体的应用———布拉格光纤光传输特性时,就采用了仿真验证手段.通过详细举例以此来鼓励学生启迪思维、大胆创新设计、勇于实践.以下是学生们根据题目的要求,在老师的指导下做的部分仿真结果图.实例2等周期结构的布拉格光纤仿真(见图4—图6).实例3空间光通信系统激光传输特性仿真(见图7—图8).实例4波动方程的(动态)三维可视化(见图9).图9波动方程(动态)三维可视化图形实例5平面波用柱面波形式展开(见图10).图10平面波展开为柱面波仿真结果图形以上是具有代表性的大学生创新实验设计.“缺陷的光子晶体在偏振分束器等光学器件中的应用”(大学生参与者:黄鹤、刘天骄、陈逸舟)被学校推荐为2010年部级大学生创新性实验计划项目;“推帚式激光雷达三维成像创新设计”(大学生参与者:谢国洋、顾大超、童磊)被学校推荐为2011年部级大学生创新性实验计划项目.通过这种创新事例,能很好地锻炼和培养大学生的创造能力,大大激发了学生的创新欲望和学习兴趣.

3改革的实施成果

该课程未实行教学改革以前,我们实行的是传统教学模式(理论教学+笔试成绩+实验成绩),教学成果不理想.自从2009年本教学团队开展了对“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索以来,特别是加强了针对“空间光通信创新实验”课程中的创新实践平台及《数学物理方法与仿真》、《光学天线设计》、《空间光通信创新设计实验》3本教材的重点建设.建立了1个基于大学生创新基地的空间光通信工程技术研究中心;并依托这个创新实践平台,开展了一系列的教学和科研项目.1)研发了十余个综合创新设计实验,例如:“卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析实验”、“光纤损耗与光纤耦合实验”、“激光准直与多波长光学天线传输实验”、“无线激光大气通信实验”等;2)2012年数学物理方法、三维可视化仿真及创新实践的“三位一体”教学模式改革获电子科技大学教学改革成果一等奖;3)教改项目:2009年“数学物理方法”教学研究与精品课程建设”,2010年“数学物理方法精品课程教学团队建设与改革”;4)团队教师指导大学生创新基金项目40余项,指导大学生40余篇(SCI收录6篇);5)开展了一系列高水平的科研项目,获得了国家自然科学基金项目2项,国家自然科学青年基金项目3项以及横向建设项目等;6)2011年建设了电子科技大学第一座2.0kW单晶硅太阳能发电站,并实现并网发电,以作为大学生新能源创新课题教学示范所用.7)发表教研论文20余篇、科研论文100余篇.取得了显著的教学成果,形成了交叉性学科前沿与创新实践相结合的人才培养模式.(教改前后对比情况见表1).

4结论

本实验课程的教学富有科学性和趣味性,旨在培养学生的创新思维,加强学生实践技能以及计算机仿真能力的训练.实践表明,教学团队长期开展的“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索,对培养“理论基础扎实,实践能力强,创新精神好”的创新型人才具有突出的效果.

作者:何文森杨华军江萍柯莎莎单位:电子科技大学物理电子学院

三维仿真论文篇3

摘要针对传统三维建模流程存在的延时问题,首先提出了一个三维建模流程优化方法.该方法主要从结构优化、模型优化这两个方面对整个建模流程进行优化.同时,为了克服三维建模流程中因分别对单个模型进行优化而耗时多,从而导致模型间优化的时间间隔较长的问题,又提出了一个新型层次模型简化算法,该算法不同于传统基于模型的优化算法之处在于它让简化算法贯穿在整个区域建模过程中,从而大大缩减了模型间优化的时间间隔.最后以联合站系统为例验证了所提三维建模流程优化和简化方法的优越性.

关键词三维建模技术;结构优化;模型优化;层次模型

中图分类号TP301文献标识码A文章编号1000-2537(2014)02-0090-05

为了在计算机的虚拟环境中生动形象地模拟自然环境之中人的视觉、听觉、嗅觉以及运动等行为,虚拟现实技术应运而生[1].经过近几年的发展,该项技术已成为计算机领域的一个新型研究方向,获得国内外学者以及企业的广泛关注并引起浓厚的研究兴趣[2-3].在虚拟现实技术中,三维建模是该技术的一个关键步骤和核心技术,也是实现虚拟现实系统的基础[4].由于虚拟现实系统需要较高的实时性,而三维建模的优劣直接影响整个这类系统的实时性[5],这使得三维建模成为了此项技术的研究热点,而三维建模流程的优化又成为了重中之重.

目前,关于三维建模流程的优化研究主要集中在模型阶段,其中部分研究取得了较好的实际应用效果[6-7].然而,如果在三维建模之前各模型分块不合理的话,就会导致建模过程耗时较大,从而大大降低系统的实时性.针对这种情况,论文基于过程的思想,从结构优化、模型优化两方面对整个三维建模流程进行优化.同时,论文还提出了一个新型层次模型简化算法以进一步缩减三维建模流程中模型间优化的时间间隔.

6结束语

论文对三维建模进行研究,基于过程优化思想,提出了一个新的三维建模流程优化方法.同时,针对其中的模型简化也进行了研究,提出了一个层次性模型简化算法.通过模拟联合站系统实验表明,所提三维建模流程优化方法在建模总体效果和实时性两个方面,都具有一定的优越性.

参考文献:

[1]叶南阳. 手机振动影响及模式优化设计研究[J]. 湖南师范大学自然科学学报, 2012,35(2):28-30.

[2]周德吉,武殿梁,邱世广. 虚拟现实环境中包含虚拟人的全要素装配操作仿真[J]. 计算机集成制造系统, 2012,18(10):2183-2190.

[3]傅招国,王天威,倪小鹏. 基于Virtools的虚拟现实技术及在特种设备教学中的应用[J]. 计算机工程与科学, 2012,34(6):97-100.

[4]CHEN G, LI B, TIAN F L, et al. Design and implementation of a 3D ocean virtual reality and visualization engine[J]. J Ocean Univ China, 2012,11(4):481-487.

[5]谭正华,王李管,熊书敏. 基于实测边界线的地下巷道三维建模方法[J]. 中南大学学报:自然科学版, 2012,43(2):626-631.

[6]潘荣江,高孝洋,关防利. 基于平面设计图的高速公路三维建模[J].系统仿真学报, 2012,24(1):17-20.

[7]LI Z L, ZHI R P, ZHAO C W, et al. The 3D modeling of blades of multiphase flow helico-axial pumps rotor based on solidworks[J]. Computer Aided Drafting, Design and Manufacturing, 2011,21(2):1-6.

[8]DU Q L, DU T N, ZHAO H F, et al. The comparison of different degree of convexity and 3D modeling of involute hyperbolic arch dam[J]. Computer Aided Drafting, Design and Manufacturing, 2011,21(2):7-12.

[9]吕翠华,陈秀萍,张东明. 基于三维激光扫描技术的建筑物三维建模方法[J]. 科学技术与工程, 2012,12(10):2410-2414.

[10]许伟冬,刘国栋,刘龙. 机场供电仿真虚拟环境的研究[J].计算机仿真, 2012,29(10):47-51.

[11]董纯柱,殷红成,王超.基于射线管分裂方法的SAR 场景快速消隐技术[J].雷达学报, 2012,1(4):436-440.

[12]韦婷黎,展荣,侯能.基于可编程GPU 的三维地形场景中树的渲染优化技术[J]. 科学技术与工程, 2012,12(26):6834-6839.

[13]吴梦熊,胡建鹏,耿兆丰.纹理映射技术在三维虚拟服装模拟中的应用与实现[J].东华大学学报:自然科学版, 2008,34(3):445-448.

[14]龙勇,袁静,康凤举.可视化仿真中三维建模策略研究[J]. 系统仿真学报, 2011,23(12):2682-2687.

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