核电站虚拟拆装系统开发及应用

发布时间:2023-01-20

编辑人:灵图互动

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核电在全球能源战略中发挥着重要作用,但是由于采用放射性重金属作为生产对象,核电站的安全问题一直备受关注。对于具有放射性环境、禁止人员随意出入的核电站来说,虚拟仿真技术的引入具有极大的意义。采用虚拟现实技术发的核电站虚拟拆装系统,具有明显的优越性。它能够给受培训人员提供一个逼真的三维虚拟核电站环境。通过三维动态展示,受训者能够直观地了解到核电站的厂房布局、关键设备的结构及核电站的工作原理。核电站虚拟拆装系统的各个环节都实现了人与虚拟环境的交互,大大加强了用户的学习感受,增强了培训效果。

核电站虚拟拆装系统的实现首先要建立核电站厂房、设备和周围环境的三维几何模型并对模型进行优化;然后进行各个功能模块的开发;最后设计场景驱动引擎,渲染场景并读取模型,完成用户漫游设计及与系统的各种交互操作。

核电站虚拟拆装系统

1. 核电站虚拟拆装系统开发

1.1 几何设计

核电站虚拟拆装系统的几何建模是通过几何的方式对物理或数学物体的形状进行描述。通过三维几何模型对核电站的厂房及设备进行表示。核电站由核岛、常规岛和辅助系统大部分组成,其中的实体部分是建筑物、系统和设备。

1.2 数据库的设计与实现

核电站虚拟拆装系统存在较多的数据资料,如设备信息、设备的拆装序列等,为保存这些数据以便程序调用,需进行数据库设计。数据库设计是对于一个给定的环境,构造出最优化的数据库模式,建立数据库以及应用系统,使之能够有效地存储数据,满足各种用户的应用需求。

1.3 场景漫游及交互的设计与实现

(1)拾取操作

拾取操作是实时视景仿真应用程序与用户进行交互的重要手段之一。通过碰撞检测找到被拾取的物体,并使用红色线框进行突出显示。在拾取的基础上,可以实现模型的信息显示或拆装等操作。

(2)汉字显示

汉字显示有两种方式一种是轮廓字体方式,另一种就是位图方式,下面是位图显示方式在指定位置显示汉字字符串。基本原理是先在创建的设备上下文生成位 图,位图的图像就是显示的汉字串,然后以为图的形式显示出来。这种方式比较简单。

(3)实时漫游

对于数据量较大的虚拟景观漫游,主要采用了摄像镜头的平移、旋转、推拉、 摇动、变焦及组合变换的方法实现对虚拟场景不同方位的展示。核电虚拟拆装系统设置了自主漫游及固定路径漫游,增加了系统的灵活性。自主漫游采用鼠标作为漫游控制器,通过鼠标点击可随意漫游到场景的任何位置,具有自由、灵活的特点。

核电站虚拟拆装系统开发

2. 核电站虚拟拆装系统主要功能

2.1 设备定位

设置设备查询模块,通过用户选择的设备部件名称自动在三维场景中定位到查找的对应的模型节点,然后将该部件的遮挡物进行拆除,并将观察者视点定位到最佳观察位置,此模块增加了系统的便利性。

2.2 设备信息查询

用户在漫游过程中,通过拾取操作可以对三维场景中的设备或部件进行信息查 询,将该设备的一些信息,例如名称、尺寸、材质、投产年份、维修记录等以文字 的形式予以展示。此模块可大大提高系统的信息量、功能性。

2.3 设备虚拟拆装

釆用虚拟现实技术实现的设备拆装操作简便,具有人机交互功能;满足受训人员多方面的培训要求,以使受训人员在短时间内掌握设备的整体结构;实现拆装过程中信息的流动和可视化的统一;设备虚拟拆装系统具有开放性、面向对象性及可重复利用性。

核电站虚拟拆装系统主要功能

2.4 冷却系统动画

反应堆冷却系统由反应堆冷却剂粟、反应堆和蒸汽发生器及其相应的管道组成。此模块主要模拟冷却系统管道内冷却剂的流动情况,为较好的现实热量传送过 程,使用不同的颜色表示冷却剂的温度差别,从而使用户可以直观的认识到核电站的热循环系统。

2.5 堆芯模拟

堆芯控制棒驱动机构是反应堆的重要控制部件,它与控制棒组件相连接,通过 它的动作带动控制棒组件在堆芯内上下移动,从而控制反应堆的反应速率,实现反应堆的功率调节、启动、停堆等。此模块主要模拟在正常工况下,控制棒组件在驱动机构的控制在堆芯内移动并且控制反应堆反应速率的情况。


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