專利名稱：三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水利電力工程三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)方法，屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
依靠先進(jìn)的多媒體技術(shù)，利用三維仿真建模軟件、動(dòng)畫制作軟件及輔助軟件創(chuàng)建三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能有效調(diào)動(dòng)培訓(xùn)對象的視覺、聽覺等多種感知器官參與感知活動(dòng)，有助于對培訓(xùn)內(nèi)容的理解和接受。交互式3D建構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在模型的實(shí)時(shí)編輯環(huán)境中與培訓(xùn)對象互動(dòng)，學(xué)員可自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和難易程度，為培訓(xùn)對象發(fā)揮積極性、獲得有效認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)造良好條件。傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式分為常規(guī)培訓(xùn)和計(jì)算機(jī)平面仿真培訓(xùn)兩種，由于學(xué)員缺乏直觀認(rèn)知和現(xiàn)場實(shí)習(xí)的局限性，培訓(xùn)周期較長，而且效果一般，通用性不強(qiáng)，不利于學(xué)員對培訓(xùn)內(nèi)容的持久記憶與理解掌握。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的培訓(xùn)系統(tǒng)存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及其方法，所要解決的技術(shù)問題是使其通用性強(qiáng)，培訓(xùn)周期短， 交互界面友好，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括
數(shù)據(jù)庫模塊，用于提供設(shè)備的檢修數(shù)據(jù)庫；
設(shè)備模型模塊，用于提供與數(shù)據(jù)庫模塊中對應(yīng)設(shè)備的3D模型結(jié)構(gòu)以及剖視動(dòng)畫的結(jié)
構(gòu)；
運(yùn)行仿真模塊，用于演示對應(yīng)設(shè)備的啟停及運(yùn)行過程的內(nèi)容；
檢修仿真模塊，用于演示設(shè)備拆卸和檢修工藝內(nèi)容；
考核系統(tǒng)模塊，用于對學(xué)員受訓(xùn)后評測以及自主仿真練習(xí)的考核系統(tǒng)模塊。前述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)庫模塊采用文本、實(shí)體照片和圖形圖像的素材形式對設(shè)備技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及專業(yè)基礎(chǔ)知識，檢修工藝、材料和工具的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)介紹。前述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，所述設(shè)備模型模塊采用文本、3D模型、三維動(dòng)畫的素材形式仿真展示主設(shè)備、輔助設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備。前述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)行仿真模塊采用三維動(dòng)畫、注解字幕和配音的素材形式對設(shè)備模型模塊的啟停、運(yùn)行操作過程的內(nèi)容進(jìn)行可視化仿真。前述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，所述檢修仿真模塊采用三維動(dòng)畫、注解字幕和配音的素材形式對設(shè)備拆卸和檢修工藝、工序、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行可視化仿真。前述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，所述考核系統(tǒng)模塊采用文本、3D模型、交互動(dòng)畫的素材形式對受訓(xùn)員工進(jìn)行培訓(xùn)評測并提供交互式仿真練習(xí)功能。
前述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)庫模塊、設(shè)備模型模塊、運(yùn)行仿真模塊、檢修仿真模塊和考核系統(tǒng)模塊與生產(chǎn)管理系統(tǒng)相通信。一種三維可視化仿真培訓(xùn)方法，包括以下步驟
1)、建立數(shù)據(jù)庫模塊，以水電站、火電站和水利工程單位運(yùn)行檢修培訓(xùn)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合培訓(xùn)專家的經(jīng)驗(yàn)，對培訓(xùn)內(nèi)容的文字信息和圖片素材以及相關(guān)工程概況進(jìn)行系統(tǒng)收集、 歸類與整理；
2)、根據(jù)培訓(xùn)方機(jī)電設(shè)備、機(jī)電檢修以及運(yùn)行規(guī)程的具體情況，運(yùn)行仿真模塊，設(shè)計(jì)并執(zhí)行和檢修仿真模塊的培訓(xùn)方案；
3)、利用VC++編程語言以及三維交互式動(dòng)畫軟件設(shè)計(jì)考核系統(tǒng)模塊，編輯人機(jī)交互式界面，結(jié)合數(shù)據(jù)庫模塊導(dǎo)入評測訓(xùn)練題，并通過數(shù)據(jù)庫模塊選調(diào)零部件模型讓使用者能夠自主拆裝和檢修設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)仿真訓(xùn)練。本發(fā)明三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的工作過程為
通過三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。首先對培訓(xùn)內(nèi)容的素材進(jìn)行系統(tǒng)收集并歸類整理，然后利用文字、圖片、語音、動(dòng)畫、視頻等多媒體形式，以三維可視化仿真培訓(xùn)為目的，研究并開發(fā)所需培訓(xùn)內(nèi)容的三維可視化表現(xiàn)其中，數(shù)據(jù)庫模塊采用多媒體編輯技術(shù)， 將文本、圖形和圖像的素材鏈接與集成，設(shè)備模型模塊主要對設(shè)備3D仿真建模并輔以文本介紹和剖視動(dòng)畫。檢修仿真模塊和運(yùn)行仿真模塊以三維動(dòng)畫為主要培訓(xùn)方式，注解字幕和配音同步講解，為檢修運(yùn)行規(guī)程的3D全面展示?？己讼到y(tǒng)充分利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和三維交互建構(gòu)軟件，不僅用微機(jī)評測取代傳統(tǒng)的書本練習(xí)，還能讓使用者以操控實(shí)時(shí)動(dòng)畫的形式自主完成訓(xùn)練。最后，該系統(tǒng)可與現(xiàn)有的生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換，以達(dá)到數(shù)字化仿真培訓(xùn)的要求。本發(fā)明具有培訓(xùn)效率高、培訓(xùn)成本低、交互界面友好、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了闡明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。如圖1所示，一種三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫模塊、設(shè)備模型模塊、運(yùn)行仿真模塊、檢修仿真模塊和考核系統(tǒng)模塊。其中，
數(shù)據(jù)庫模塊，用于提供設(shè)備的檢修數(shù)據(jù)庫，采用文本、實(shí)體照片和圖形圖像的素材形式對專業(yè)基礎(chǔ)知識，檢修工藝、材料和工具的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)介紹。設(shè)備模型模塊，用于提供與數(shù)據(jù)庫模塊中對應(yīng)設(shè)備的3D模型結(jié)構(gòu)以及剖視動(dòng)畫的結(jié)構(gòu)，采用文本、3D模型、三維動(dòng)畫的素材形式仿真展示主設(shè)備、輔助設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備。運(yùn)行仿真模塊，用于演示對應(yīng)設(shè)備的啟停及運(yùn)行操作過程的內(nèi)容，采用三維動(dòng)畫、 注解字幕和配音的素材形式對設(shè)備模型模塊的啟停、運(yùn)行操作過程的內(nèi)容進(jìn)行可視化仿
檢修仿真模塊，用于演示設(shè)備拆卸和檢修工藝內(nèi)容，采用三維動(dòng)畫、注解字幕和配音的素材形式對設(shè)備拆卸和檢修工藝、工序、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行可視化仿真?？己讼到y(tǒng)模塊，用于對學(xué)員受訓(xùn)后評測以及自主仿真練習(xí)的考核系統(tǒng)模塊，
采用文本、3D模型、交互動(dòng)畫的素材形式對受訓(xùn)員工進(jìn)行培訓(xùn)評測并提供交互式仿真練習(xí)功能。數(shù)據(jù)庫模塊、設(shè)備模型模塊、運(yùn)行仿真模塊、檢修仿真模塊和考核系統(tǒng)模塊與生產(chǎn)管理系統(tǒng)相通信，生產(chǎn)管理系統(tǒng)包括設(shè)備傳感器、生產(chǎn)辦公系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。一種三維可視化仿真培訓(xùn)方法，包括以下步驟
1)、建立數(shù)據(jù)庫模塊，以水電站、火電站和水利工程單位運(yùn)行檢修培訓(xùn)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合培訓(xùn)專家的經(jīng)驗(yàn)，對培訓(xùn)內(nèi)容的文字信息和圖片素材以及相關(guān)工程概況進(jìn)行系統(tǒng)收集、 歸類與整理；
2)、根據(jù)培訓(xùn)方機(jī)電設(shè)備、機(jī)電檢修以及運(yùn)行規(guī)程的具體情況，運(yùn)行仿真模塊，設(shè)計(jì)并執(zhí)行和檢修仿真模塊的培訓(xùn)方案；
3)、利用VC++編程語言以及三維交互式動(dòng)畫軟件設(shè)計(jì)考核系統(tǒng)模塊，編輯人機(jī)交互式界面，結(jié)合數(shù)據(jù)庫模塊導(dǎo)入評測訓(xùn)練題，并通過數(shù)據(jù)庫模塊選調(diào)零部件模型讓使用者能夠自主拆裝和檢修設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)仿真訓(xùn)練。由紙質(zhì)培訓(xùn)資料轉(zhuǎn)變?yōu)槿S仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)難點(diǎn)是針對培訓(xùn)內(nèi)容完成大量建模工作，然后對這些模型進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，以文字、配音與動(dòng)畫有機(jī)結(jié)合進(jìn)行描述，各模型的色彩協(xié)調(diào)，確保受訓(xùn)對象長時(shí)間學(xué)習(xí)不至于視覺疲勞。此外，三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)涉及數(shù)百個(gè)動(dòng)畫，如何將各動(dòng)畫有機(jī)結(jié)合進(jìn)行編輯、整合，以方便受訓(xùn)者調(diào)用，需要多種專門的多媒體編輯軟件相互配合來實(shí)施，這也是開發(fā)培訓(xùn)系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵問題。以上已以較佳實(shí)施例公開了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，包括 數(shù)據(jù)庫模塊，用于提供設(shè)備的檢修數(shù)據(jù)庫；設(shè)備模型模塊，用于提供與數(shù)據(jù)庫模塊中對應(yīng)設(shè)備的3D模型結(jié)構(gòu)以及剖視動(dòng)畫的結(jié)構(gòu)；運(yùn)行仿真模塊，用于演示對應(yīng)設(shè)備的啟停及運(yùn)行操作過程的內(nèi)容； 檢修仿真模塊，用于演示設(shè)備拆卸和檢修工藝、工序及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容； 考核系統(tǒng)模塊，用于對學(xué)員受訓(xùn)后評測以及自主仿真練習(xí)的考核系統(tǒng)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫模塊采用文本、實(shí)體照片和圖形圖像的素材形式對設(shè)備技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及專業(yè)基礎(chǔ)知識、檢修工藝、材料和工具的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)介紹。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)備模型模塊采用文本、3D模型、三維動(dòng)畫的素材形式仿真展示主設(shè)備、輔助設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)行仿真模塊采用三維動(dòng)畫、注解字幕和配音的素材形式對設(shè)備模型模塊的啟停、運(yùn)行操作過程的內(nèi)容進(jìn)行可視化仿真。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢修仿真模塊采用三維動(dòng)畫、注解字幕和配音的素材形式對設(shè)備拆卸和檢修工藝的內(nèi)容進(jìn)行可視化仿真。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述考核系統(tǒng)模塊采用文本、3D模型、交互動(dòng)畫的素材形式對受訓(xùn)員工進(jìn)行培訓(xùn)評測并提供交互式仿真練習(xí)功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫模塊、設(shè)備模型模塊、運(yùn)行仿真模塊、檢修仿真模塊和考核系統(tǒng)模塊與生產(chǎn)管理系統(tǒng)相通信。
8.—種三維可視化仿真培訓(xùn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)、建立數(shù)據(jù)庫模塊，以水電站、火電站和水利工程單位運(yùn)行檢修培訓(xùn)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合培訓(xùn)專家的經(jīng)驗(yàn)，對培訓(xùn)內(nèi)容的文字信息和圖片素材以及相關(guān)工程概況進(jìn)行系統(tǒng)收集、 歸類與整理；2)、根據(jù)培訓(xùn)方機(jī)電設(shè)備、機(jī)電檢修以及運(yùn)行規(guī)程的具體情況，運(yùn)行仿真模塊，設(shè)計(jì)并執(zhí)行和檢修仿真模塊的培訓(xùn)方案；3)、利用VC++編程語言以及三維交互式動(dòng)畫軟件設(shè)計(jì)考核系統(tǒng)模塊，編輯人機(jī)交互式界面，結(jié)合數(shù)據(jù)庫模塊導(dǎo)入評測訓(xùn)練題，并通過數(shù)據(jù)庫模塊選調(diào)零部件模型讓使用者能夠自主拆裝和檢修設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)仿真訓(xùn)練。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及其方法，用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、水利工程等員工在設(shè)備運(yùn)行與檢修方面的專業(yè)培訓(xùn)，包括數(shù)據(jù)庫模塊、設(shè)備模型模塊、運(yùn)行仿真模塊、檢修仿真模塊和考核系統(tǒng)模塊，結(jié)合先進(jìn)的多媒體仿真技術(shù)為工程運(yùn)行和檢修人員及其管理人員提供全方位多層次的系統(tǒng)培訓(xùn)，具有培訓(xùn)效率高、適用面廣、培訓(xùn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，可與現(xiàn)有的生產(chǎn)管理系統(tǒng)相聯(lián)通并進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，也是真正意義的數(shù)字化實(shí)用培訓(xùn)系統(tǒng)。
文檔編號G09B9/00GK102360535SQ20111032956
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者周椿浩, 李龍華, 蔡偉 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)