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特种设备虚拟仿真训练系统设计-特种设备虚拟仿真平台建设

发布时间:2024-06-05

编辑人:灵图互动

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特种设备虚拟仿真训练系统利用可视化技术对特种设备进行三维可视化仿真,不仅可以仿真特种设备的事故应急演练,将特种设备事故的应急过程展现给公众,可以大大地降低应急演练的成本,并且能够确保应急演练人员的安全,而目可以进行特种设备的相关操作模拟培训,让学员通过一种全新的方式全方位地了解特种设备的结构和相关知识,更直观地了解特种设备,同时还可以对受训人员进行考核和评估。在保证学员安全培训的同时,有效地提高了培训效率。

为了构建逼真性强、操作方便、功能丰富的可视化应用系统,特种设备虚拟仿真训练系统的设计采用三维软件作为建模工具,利用三维可视化平台软件作为系统仿真环境,来实现系统的结构与功能的可视化;利用网页设计的方式,来实现知识学习和多媒体库功能模块;运用数据库来关联和管理可视化及网页文件;最终将系统嵌入到集成开发环境平台中,生成可执行应用程序。

特种设备虚拟仿真训练系统

1. 特种设备虚拟仿真训练系统设计的关键技术

1.1 特种设备的三维建模及预处理

对特种设备进行三维建模是系统实现的最基本工作,所构建的模型将直接影响到系统三维可视化仿真的效果。由于特种设备三维模型的数量较多,为了使模型在视觉效果上满足一定的真实感,同时使模型能够适应实时的绘制与渲染要求,必须对这些三维模型进行预处理,否则将使后续的仿真工作难以开展。

特种设备的三维建模及预处理主要包括:特种设备的儿何建模,SolidWorks环境下的总体装配,EONStudio环境下的模型装配关系及EONStudio环境下的模型的优化处理。

1.2 柔性体的行为建模及其仿真实现

特种设备虚拟仿真训练系统中,特种设备各个零部件的行为建模和运动仿真的实现是整个系统的核心。对于具有规则形状和运动轨迹的零部件,其行为建模较简单,运动仿真的实现方法也较容易。但是特种设备中还包含了具有不规则形状的钢丝绳、弹簧和链条等柔性体零部件,其运动仿真往往伴随着较复杂的空间位姿变换,从视觉效果上来看则是具有柔性变形。如何对特种设备中这些常见的柔性体进行行为建模,并实现其运动仿真将直接影响到整个系统仿真的真实感。

特种设备中常见柔性体的行为建模及其仿真实现,主要包括钢丝绳、弹簧和链条三类。利用模型分割的方法可实现了钢丝绳的运动行为仿真,采用关键帧动画或模型放缩的方法可实现弹簧的运动行为仿真,最后针对链条建立了实时运动轨迹方程,并在此基础上实现了链条的运动行为仿真。

1.3 三维可视化仿真中的逻辑控制技术

特种设备虚拟仿真训练系统的主体部分为:对特种设备事故的应急演练和对特种设备结构的教育展示。对这两个功能模块的设计与开发都是基于EON Studio的三维虚拟环境的,整个仿真过程不但具有一定的交互性,而且具有一定的复杂性,控制流程的清晰与否将直接影响到仿真的执行过程和运行效果。为了合理地处理仿真中名个事件及状态之间的关系,将应急演练的演练流程和结构展示的操作流程真实的展现给用户,在设计特种设备虚拟仿真训练系统时首先对EON Studio中的逻辑控制原理进行了分析,然后针对电梯应急演练仿真和桥式起重机虚拟控制面板操作仿真,设计了仿真过程中各步骤和操作之问的逻辑关系,最后,利用不同的逻辑控制原理,分别实现了其仿真过程中的逻辑控制。

特种设备虚拟仿真训练系统设计的关键技术

2. 特种设备虚拟仿真训练系统设计

特种设备虚拟仿真训练系统设计内容主要包括:系统的界面设计,结构和功能可视化的实现,网页学习功能的实现,数据库信息访问的实现等。

2.1 系统的界面设计

任何一个系统都有自己的操作界面,对系统界面的合理设计将有利于用户的操作体验。

特种设备虚拟仿真训练系统的界面主要涵盖标题栏、菜单栏、工具栏、控制面板、显示列表、仿真区和状态栏等。其中控制面板主要用于管理知识学习模块和多媒体库模块;显示列表主要用于显示知识学习模块和多媒体库模块的章节列表,同时还可以显示结构展示模块中的模型列表,并对模型进行显隐操作;显示区为三维可视化仿真和网页学习的显示区域,是系统界面的主体部分。

2.2 结构和功能可视化的实现

特种设备虚拟仿真训练系统的结构和功能可视化主要针对特种设备的应急演练模块和结构展示模块,这两个模块的实现都是在EON Studio中实现的,因此系统必须将EON Studio的可视化仿真文件嵌入到集成开发平台VC++6.0中来。为了更好地向用户展示特种设备的结构模型,系统在结构展示模块中还添加了模型的显隐及透明度调节的功能,同时,为了方便用户的操作,特种设备虚拟仿真训练系统还实现了在三维可视化仿真环境中的交互操作及视角切换功能。

特种设备虚拟仿真训练系统设计

2.3 网页学习功能的实现

特种设备虚拟仿真训练系统的网页学习功能主要针对知识学习模块和多媒体库模块,这两个模块都是以网页的形式嵌入到VC++6.0平台中,整个过程是通过WebBrowser控件来实现的。

由于WebBrowser控件也不是VC++6.0的默认对话框控件,因此也必须通过Components and Controls Gallery将其添加到VC++6.0编译环境中,添加好WebBrowser控件之后,即完成了Web Browser控件与类的关联。

2.4 数据库信息访问的实现

特种设备虚拟仿真训练系统的实现的各个模块当中包含了大量文件信息和列表信息,这些信息都是通过Access数据库来进行管理的。在系统界面中还可以看到显示列表区域,显示列表主要用于显示知识学习模块和多媒体库模块中的章节名称。在系统中对可视化文件和网页文件的调用,以及显示列表与章节名称的关联都是通过ADO数据库访问技术来实现的。

特种设备虚拟仿真训练系统的设计采用三维CAD软件SolidWorks构建特种设备的三维模型,再通过 EON Studio 提供的三维模型数据转换接口,将模型导入到虚拟环境中进行行为建模,从而实现特种设备的应急演练和结构展示。同时利用Dreamweaver将特种设备的相关知识和多媒体文件制作成网页,分别通过 EONX 控件和 WebBrowser 控件将可视化文件和网页文件集成到 VC++6.0平台中,运用数据库来管理各个模块的文件信息,同时对知识学习模块和多媒体库模块的章节列表进行关联,再通过 ADO数据库访问技术将数据信息传递给VC++6.0集成开发平台,从而实现特种设备的三维可视化仿真系统的开发。

特种设备虚拟仿真训练系统使用户能在虚拟环境中模拟特种设备事故的应急演练,全方位地认识特种设备的三维结构模型,同时学习特种设备的相关知识,不仅真实感较强,安全可靠,而且易于知识的消化吸收。

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