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虚拟现实在油田培训中的利用探讨

时间:2012-03-05 10:13:35 起源:中视典数字科技

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1.引 言

我国石油行业的发展与现场地质情况等密不可分,充满着危机和寻衅••。对于员工的能力和安全意识请求很高,传统的进场培训有必定的局限性,例如:职业培训效果是否良好重要依附于教师的程度,培训过程没有明确统一的评价标准,针对性差,没有可重用性等••。可见传统的培训技巧不但受时间¶••⊿空间的限制,而且在人力¶••⊿资源¶••⊿经费¶••⊿组织实行等方面都存在很大问题••。尤其对于危险作业或不具备实验条件的高级培训,传统的培训方法更是难以实现••。传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率,满足不了现代社会的需求••。

钻井模仿器采用虚拟制作技巧的概念,开发过程基于现代盘算机把持技巧¶••⊿盘算机仿真技巧¶••⊿盘算机图形技巧¶••⊿盘算机网络技巧,并联合了钻井工程的实际工艺,转变了原有的钻井培训方法••。它为用户供给了起下钻¶••⊿钻进¶••⊿井控和钻井事故及复杂情况处理等作业的操作过程模仿,重要用于钻井司钻¶••⊿钻井技巧人员的操作培训和安全培训,并为学员培训考核供给了教师评分系统,解决了传统培训过程中客观上无法解决的技巧难题••。作为新型的针对油田具体情况开发的培训系统,钻井模仿器有着积极的意义••。

2.基于虚拟现实技巧的虚拟培训

该设备是以把持为中心的VM设备,重要用于钻井人才的培训••。这套虚拟培训设备运用虚拟现实技巧 ,真实生动的模仿了钻井工艺流程的细节••。学员能够通过对仿真钻机设备的操作,直接视察到钻井平台上的运动以及操作成果,最终达到让培训人员控制正确操作过程的效果••。虚拟培训有以下特点:

2.1 仿真性

在虚拟现实技巧支撑下,虚拟培训设施与真正的培训设施功效雷同,操作方法也一样,学员通过虚拟培训设施训练技巧与现实培训基地里同样方便••。这是因为虚拟培训环境无论是现实的环境还是构想的环境,都是虚拟的但又是逼真的••。理想的虚拟环境应当达到使受训者难以分辨真假的程度••。

2.2 开放性

虚拟培训环境可认为所有受训者在任何时间¶••⊿地点供给各种培训的场合••。实际上,虚拟培训环境的内涵是广泛的,它不同于传统的培训基地概念,它具备可以进行类似于传统培训项目标环境,但更擅长的是使学员置身于培训项目对象中的逼真环境••。凡是受训者可以通过有关器具操作,来学习或训练某种技巧的虚拟环境,并都归之于虚拟培训环境••。

2.3 超时空性

虚拟培训环境具有超时空的特点,它能够将过逝世界¶••⊿现在世界¶••⊿未来世界¶••⊿微观世界¶••⊿宏观世界¶••⊿客观世界¶••⊿主观世界理想世界等拥有的物体和产生的事件单独浮现或进行有机联合,并可随时随地供给给学员进行培训••。

2.4 可操作性

受训者可通过应用专门设备,用人类的自然技巧实现对虚拟环境的物体进行操作,就像在现实世界中一样••。

2.5 对应性

学员的培训内容与虚拟环境是密切对应的••。例如,学员要学习飞行器驾驶技巧,那么虚拟环境就是飞行器飞行的模仿环境••。对应性将能为受训者设定各种复杂的情况,以进步受训者的应变能力,从而使得他们在实际环境下能得心应手的处理各种情况••。另外,虚拟现实技巧能按每个学员的基础和能力,对应性的开展个性化的教导培训••。

3.钻井模仿器视景仿真系统的分析与设计

盘算机图形学是研究现实场景盘算机显示的科学,也是利用盘算机处理人类所能看见的图景的手段和方法••。视景仿真技巧是以盘算机图形学为理论基础的三维模型动态显示技巧,基础原理是:根据视察点及视察方向对场景进行实时盘算和实现,并做到对三维复杂环境中物体运动的实时交互把持,产生良好的动画效果••。实现三维模型视景的实时动态显示,一方面请求盘算机硬件有高速运算能力和很强的三维图形处理功效;另一方面还请求在算法和软件上有所发展,以便在硬件平台上取得更好的实时动态显示效果••。视景仿真系统是钻井模仿器的重要组成部分,它供给给用户一个三维的真实感视觉环境••。

3.1 钻井模仿器视景仿真系统分析

钻井模仿器在虚拟培训过程中需要模仿井场环境和操作成果,这就需要视景仿真系统根据钻井模仿器司钻把持台的操作过程,实时模仿出井场环境的变更和司钻¶••⊿井控操作对钻井过程的影响••。在现实的司钻和井控过程中,操作毛病和地质环境变更都是事故的诱因,在钻井模仿器视景仿真系统中也模仿了事故产生过程和事故排除的情况••。实时地显示钻井过程中的数据,盘算参数••。根据司钻台操作的具体行动,按照物理模型和数学模型来模仿设备运动的过程,使得钻井模仿器视景仿真系统的三维动画过程更贴近现实••。

钻井模仿器视景仿真系统需要对井场设备¶••⊿自然环境¶••⊿井下情况进行实时的动态模仿,使培训者在培训过程中除了学习操作知识 ,还能更有效¶••⊿直观的学习到理论知识••。硬件设施和三维图形软件的联合实现了虚拟模仿系统 ,培训人员能够通过这套虚拟培训设备完成所有钻井工作人员所需要的专业知识和实际操作技巧••。

3.2 实时场景系统组成

根据钻井模仿器视景仿真系统的需要,开发过程在Windows xP平台上,建模部分应用3D MAX完成机械部件的模仿,模型的管理由3D Explorer~成,并实现模型数据文件的转换导出••。程序对模型的把持由C++Builder6.0实现,全部开发过程基于OpenGL2.0••。

钻井模仿器视景仿真系统的实时场景组成包含以下几个部分:三维图形实体模型¶••⊿钻井模仿器视景仿真系统把持程序¶••⊿GLSL编写的渲染效果••。

场景初始化:由于钻井工艺的复杂性和虚拟培训的操作性,每个作业当前场景都有所不同••。在一个新的作业开端前,图形程序在吸收到把持机发出的作业指令后初始化当前场景,例如:钻井平台上各操作部件当前的数量¶••⊿状态以及地位••。

工艺动画把持:在完成规定工艺作业的过程中,司钻把持台做出的每一个动作都将转换成数字信号传递给主控机,再由主控机发送协议数据给图形程序,图形程序得到参数后,做出具体反响••。在图形机上体现出钻台上各种把持系统的运动参数¶••⊿具体动作¶••⊿视图选择(包含上视角¶••⊿井下视角¶••⊿防喷器视角¶••⊿多视图显示等)等••。

与主控机通信及参数显示:主控机的设计重要由钻井模仿器设计的需求决定,由于这套仪器重要用于虚拟培训 ,教师和学生之间有教与学的关系,主控机能够供给给教师一个教导平台,供给作业调度¶••⊿把持¶••⊿评分等功效,与此同时,传递司钻把持台上发来的各项数据,并把与操作有关的数据发给图形机,即钻井模仿器视景仿真系统,两方通信,传递参数并进行数据处理,在屏幕上显示操作过程中需要操作者懂得的参数值••。

碰撞处理:在三维图形的运动仿真过程中是不容许有“穿墙而过”的状态产生的,因此要对运动物体作碰撞检测的处理••。为了遵守模型运动的真实感,钻井模仿器视景仿真系统当然也包含碰撞的检测与处理部分••。
渲染特效:实现对火焰 ¶••⊿气泡 ¶••⊿液体喷涌效果的模仿,应用GLSL实现电影级的光照效果,可以分辨模仿白天,夜晚,探照灯等光照模式,大大地进步了图形效果和真实感••。

3.3 钻井模仿器视景仿真系统设计

一个性能优越¶••⊿功效完备的系统需要在设计阶段就进行详细的设计方案••。这样,在后期的开发过程中才干完成高质量的软件项目••。钻井模仿器视景仿真系统的设计遵守面向对象的原则,在系统的稳固性¶••⊿可扩大性和兼容性等方面都有突出的表现••。

3.4  系统特点及设计目标

钻井模仿器视景仿真系统请求有以下特点:

1)可以生成高质量的图形,实现实时的可控动画••。

2)图形的生成快速稳固,对图形硬件请求不高••。目前,系统配置为NVIDA6800,NVIDA6系列以上显卡都可以实现高质量的图形动画••。

3)供给给用户多角度¶••⊿多视图的工作窗口,方便用户定位观测,在操作过程中既能视察全部场面,又能集中视察工艺作业下重要部件的工作过程••。

4)建立模型过细¶••⊿真实 ,宏观模型和微观模型通过软件和程序分辨建模,真实感程度高••。

经过火析钻井模仿器视景仿真系统的系统特点后,设定该系统要达到以下目标 :

可扩大性:对于新模型¶••⊿新器件¶••⊿新工艺的增长,方便快捷,可以在短时间内完成对系统的扩大••。

兼容性 :系统可以用于Windows2000/XP平台,兼容于各种图形加速硬件••。

迅速性:图形生成迅速¶••⊿稳固,一般的图形加速硬件既可满

足请求;系统应达到反响迅速¶••⊿操作敏锐的功效••。

3.5 基于面向对象的系统设计

钻井模仿器图形系统的设计是基于面向对象的,系统规模较大,设计复杂••。基于在钻井工艺中涉及到的物体较多,并且各个物体在不同的方面有不同的特征,因此在设计之前,应断定设计类的准则••。对本系统而言 ,这里关心的是用物体如何展现工艺流程 ,所有类的设计应当缭绕物体的动画功效需要来进行••。

在钻井各工艺流程中,大钩¶••⊿钻杆等物体是系统动画的载体,具有物体自身的方法和属性,因此 ,可以将其封装成类••。根据缭绕物体的运动功效来设计类的思想 ,将液压大钳和液压大钳的活塞¶••⊿吊卡的主体和活页设计成不同的类,这样设计不仅可以使动画更加逼真,还能进步系统机动性••。

4.结论

钻井模仿器对油田实现安全¶••⊿有效¶••⊿高质量的培训有着积极的意义••。它能够满足信息时代技巧培训不断变更的请求,是一种高程度¶••⊿高效率¶••⊿低费用的新兴柔性培训模式••。钻井模仿器视景仿真系统作为钻井模仿器的图形部分,真实的展现了井场的三维环境和操作流程,对于全部虚拟培训过程有着十分重要 的意义••。本文缭绕对钻井模仿器视景仿真系统的开发和优化,分析了开发过程中的要害技巧,解决了系统开发中的实际问题••。

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