的位置既為動畫展現(xiàn)到屏幕上的部分，為了保證看清每個 部件的安裝過程，鏡頭設(shè)置為對準(zhǔn)正在安裝的部件，上銷子細(xì)小的物體時，鏡頭拉近給予特 寫。
[0373] 8.整合；在完成素材采集，建模，模型動作，模型貼圖及材質(zhì)，背景設(shè)置，燈光設(shè) 置，鏡頭設(shè)置之后，將整個場景整合到一起，既包括從畫基線開始，每一個部件的安裝，到最 后底座的起升完畢的全過程。
[0374] 9.渲染；將整合好的場景根據(jù)設(shè)置好的鏡頭開始渲染成圖片，一秒鐘的動畫優(yōu)選 設(shè)置為25張圖片，圖片分辨率優(yōu)選設(shè)置為2560X768。
[0375] 10.配音，背景音樂及音效；配音包括每一步安裝步驟及井架起升時的解說，背景 音樂在安裝過程中選用輕快的節(jié)奏而在起升時改為激昂。并在部件吊裝到位，大錘敲銷子 位置配以相應(yīng)的音效。
[0376] 11.后期合成；后期合成軟件優(yōu)選選用nuke，將渲染好的圖片導(dǎo)入之后合成完整 的視屏動畫，通過nuke在視頻下方添加解說的中英文字幕，并將配音，背景音樂及音效同 時合成到視頻中，以完成整個陸地鉆機(jī)的三維動畫的生成工作。
[0377] 本申請還涉及一種陸地鉆機(jī)工藝動畫的控制方法。其中在完成規(guī)定工藝作業(yè)的過 程中，司鉆控制臺做出的每一個動作都將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給主控機(jī)，再由主控機(jī)發(fā)送 協(xié)議數(shù)據(jù)給圖形程序，圖形程序得到參數(shù)后，做出具體反映。在圖形機(jī)上體現(xiàn)出鉆臺上各種 控制系統(tǒng)的運動參數(shù)、具體動作、視圖選擇優(yōu)選為包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視 圖顯示；上述控制方法包括如下步驟：1.模型動畫步驟：通過從數(shù)據(jù)協(xié)議中讀取出來的移 動或者旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，給予對應(yīng)物體的腳本，物體根據(jù)得到的速度或命令進(jìn)行移動旋轉(zhuǎn)指令。當(dāng) 沒有得到當(dāng)前移動速度或命令時，動畫停止，等待主控機(jī)發(fā)送的消息；2.人物動畫步驟：虛 擬人的行為分為確定性行為和非確定性行為。對于復(fù)雜行為，需要根據(jù)場上不同的狀態(tài)由 認(rèn)知層決定采取不同的動作序列。主控機(jī)發(fā)出指令，通過數(shù)據(jù)協(xié)議UDP傳輸，VIRT00LS進(jìn) 行解讀，解讀命令后播放事先做好的一系列相對應(yīng)的人物動畫，動畫播放完畢前不再接收 任何動作指令，不可打斷動畫。3.碰撞處理的步驟：在使用3DMAX建模時，除了模型本身外 還需要建立專門用于碰撞的隱形障礙物，因為模型本身都是一些不規(guī)則的多邊形，如果直 接拿模型本身當(dāng)作碰撞物的話會因為模型的不規(guī)則發(fā)生一些BUG，所以我們用MAX來建立 一些專門的碰撞體B0X，這些BOX會圍繞在不可穿越的物體周圍，把這些BOX選中后進(jìn)行一 個編組建立一個GROUP，以完成碰撞處理。
[0378] 本申請還涉及一種陸地鉆機(jī)工藝動畫的特效渲染方法。其中該特效渲染方法包括 以下步驟：（1)添加粒子效果的步驟：粒子效果可用來模擬液體噴涌，火焰效果。根據(jù)不同 的需要分成點粒子，面粒子，線粒子這些不同的效果，如模仿液體噴涌的點粒子效果，就在 需要在液體噴涌的地方加入一個3DFrame，3DFrame的Z坐標(biāo)軸對應(yīng)需要噴射的方向，為 其添加點粒子腳本（PointParticleSystem)，在Photoshop里繪制出某個粒子的單個粒子 貼圖，在BB里制定該貼圖，通過修改BB中的一些關(guān)鍵參數(shù)，來實現(xiàn)液體噴射的效果。
[0379] (2)添加貼圖流動的步驟；貼圖流動可以模仿天空的云霧流動，水流模擬效果，通 過對該物體的MESH層創(chuàng)建腳本（TextureScroller)，制定相應(yīng)的流動貼圖，設(shè)置速度以及 流動方向，一個水流效果就制作完成。
[0380] (3)二維序列圖片播放的步驟；序列圖片播放可以模仿多種連續(xù)性效果，如火焰， 水流，血液各種特效，通過視頻軟件渲染一組連續(xù)的火焰效果圖片導(dǎo)入VIRT00S中，通過使 用MOVIEPLAYER行為模組對序列圖片進(jìn)行連續(xù)播放，可以展現(xiàn)出多種微觀物體的連續(xù)運 動。
[0381] (4)添加貼圖特效的步驟：通過貼圖的設(shè)置可以完成混合貼圖，一些特殊材質(zhì)模 擬，凹凸貼圖的效果，對物體的材質(zhì)進(jìn)行編輯，在Effect中進(jìn)行所需要的一些效果選擇；通 過上述步驟，實現(xiàn)對鉆機(jī)工藝動畫的特效植染。
【主權(quán)項】
1. 一種陸地鉆機(jī)安裝操作模擬系統(tǒng)，其特征在于包括鉆機(jī)模型、前端操作臺、教師操作 臺、以及三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)；其中前端操作臺中包括參數(shù)計算機(jī)，其中該參數(shù)計算機(jī) 作為分布式的上位機(jī)完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制，主控計算機(jī)和圖形計算機(jī)完成系統(tǒng) 主程序的執(zhí)行和環(huán)幕圖形的處理和顯示，各臺計算機(jī)通過TCP/IP協(xié)議互聯(lián)；前端操作臺和 鉆機(jī)模型之間的前端數(shù)據(jù)采集及控制由SIEMENSS7-200PLC完成，并連接構(gòu)成西門子PPI 網(wǎng)絡(luò)；PLC與參數(shù)計算機(jī)數(shù)據(jù)通信采用RS232協(xié)議； 其中前端操作臺包括機(jī)箱和內(nèi)部控制板，所述的機(jī)箱的正面設(shè)有司鉆臺正面控制面 板，機(jī)箱的一個側(cè)面設(shè)有司鉆臺側(cè)面控制面板，機(jī)箱的另一個側(cè)面設(shè)有頂驅(qū)機(jī)械控制面板 以及緩沖液缸的控制面板；其中在司鉆臺正面控制面板上設(shè)置有電源按鈕、開機(jī)按鈕、氣 喇叭開關(guān)、防碰釋放按鈕、懸重緩沖閥、鉆壓緩沖閥、吊鉗扭矩阻尼器、立管壓力阻尼器、撈 剎滾筒離合、輸入軸慣剎控制開關(guān)、換檔控制開關(guān)、貓頭控制開關(guān)、風(fēng)動旋扣控制開關(guān)、滾筒 高低速開關(guān)、油缸選擇開關(guān)、底座液壓開關(guān)、駐車制動開關(guān)以及緊急制動開關(guān)；還包括顯示 表組，其中所述顯示表組包括氣源壓力表、冷卻水壓表、絞車油壓表、轉(zhuǎn)盤油壓表、轉(zhuǎn)盤扭矩 表、泵壓表、大鉗扭矩表、左鉗扭矩表、右鉗扭矩表、安全鉗壓力表、貓頭壓力表、鉆井扭矩 表、轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)盤電流表、鎖檔壓力表以及過卷壓力表；司鉆臺側(cè)面控制面板上設(shè)置指配開 關(guān)、發(fā)電機(jī)急停按鈕、整流急停按鈕、測試急停按鈕、PLC/旁路開關(guān)、電磁渦流剎車開關(guān)、轉(zhuǎn) 盤正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、絞車正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、1號泥漿泵開關(guān)、2號泥漿泵開關(guān)、3號泥漿泵開 關(guān)、低壓報警器開關(guān)； 前端操作臺的內(nèi)部控制板包括前端操作臺第一可編程控制器PLCl和第二可編程控制 器PLC2,上述可編程控制器PLC與參數(shù)計算機(jī)數(shù)據(jù)通信采用RS232協(xié)議進(jìn)行通信，其中第 一可編程控制器PLCl的CPU模塊通過A/D模塊分別與電源按鈕、開機(jī)按鈕、氣喇機(jī)開關(guān)、防 碰釋放按鈕、懸重緩沖閥、鉆壓緩沖閥、吊鉗扭矩阻尼器、立管壓力阻尼器、撈剎滾筒離合、 輸入軸慣剎控制開關(guān)、換檔控制開關(guān)、貓頭控制開關(guān)、風(fēng)動旋扣控制開關(guān)、滾筒高低速開關(guān)、 油缸選擇開關(guān)、底座液壓開關(guān)、駐車制動開關(guān)以及緊急制動開關(guān)連接，通過PLC的開關(guān)量輸 入端口分別與指配開關(guān)、發(fā)電機(jī)急停按鈕、整流急停按鈕、測試急停按鈕、PLC/旁路開關(guān)、電 磁渦流剎車開關(guān)、轉(zhuǎn)盤正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、絞車正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、1號泥漿泵開關(guān)、2號泥漿泵 開關(guān)、3號泥漿泵開關(guān)、低壓報警器開關(guān)進(jìn)行連接；通過PLC采集司鉆操作臺上的各個開關(guān) 旋鈕狀態(tài)以模擬絞車的升降控制、轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速控制、泥漿泵的調(diào)速控制；同時采集絞車離合 器位置、絞車檔位、轉(zhuǎn)盤離合器位置、轉(zhuǎn)盤檔位、泵調(diào)節(jié)器位置、柴油機(jī)功率調(diào)節(jié)器位置；監(jiān) 測懸重、鉆壓、鉆機(jī)氣源壓力、泥漿密度、泥漿黏度以及泥漿失水這些參數(shù)，通過PLC的控制 使得司鉆操作臺實現(xiàn)對井架/底座的起升控制、對鉆盤的轉(zhuǎn)速控制以及對泥漿泵的調(diào)速控 制； 其中頂驅(qū)機(jī)械控制面板上設(shè)置有急停按鈕、吊環(huán)中位按鈕、復(fù)位/靜音按鈕、吊環(huán)回轉(zhuǎn) 選擇開關(guān)、內(nèi)防噴器開關(guān)、液壓泵開關(guān)、鎖緊銷開關(guān)、背鉗選擇開關(guān)、吊環(huán)傾斜選擇開關(guān)、剎 車選擇開關(guān)、輔助操作開關(guān)、風(fēng)機(jī)選擇開關(guān)、電機(jī)選擇開關(guān)、操作選擇開關(guān)、旋轉(zhuǎn)方向選擇開 關(guān)；緩沖液缸的控制面板上設(shè)置有左右液缸選擇手柄、液缸壓力選擇手柄以及液缸伸出/ 縮回控制手柄；其中前端操作臺的內(nèi)部控制板的第二可編程控制器PLC2的CPU模塊通過 A/D模塊分別與急停按鈕、吊環(huán)中位按鈕、復(fù)位/靜音按鈕連接，通過PLC的開關(guān)量輸入端口 分別與吊環(huán)回轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、內(nèi)防噴器開關(guān)、液壓泵開關(guān)、鎖緊銷開關(guān)、背鉗選擇開關(guān)、吊環(huán)傾 斜選擇開關(guān)、剎車選擇開關(guān)、輔助操作開關(guān)、風(fēng)機(jī)選擇開關(guān)、電機(jī)選擇開關(guān)、操作選擇開關(guān)、 旋轉(zhuǎn)方向選擇開關(guān)進(jìn)行連接以實現(xiàn)對頂驅(qū)進(jìn)行控制； 其中緩沖液缸的控制面板上設(shè)置有左右液缸選擇手柄、液缸壓力選擇手柄以及液缸伸 出/縮回控制手柄；其中前端操作臺的內(nèi)部控制板的第二可編程控制器PLC2的CPU模塊通 過A/D模塊分別與左右液缸選擇手柄、液缸壓力選擇手柄以及液缸伸出/縮回控制手柄連 接以對緩沖液缸進(jìn)行控制； 前端操作臺中還具有參數(shù)計算機(jī)，其中該參數(shù)計算機(jī)具有完成從PLC獲取前端硬件信 息后，將信息發(fā)送給主控機(jī)的通信模塊，其中通信模塊還將主控機(jī)發(fā)送過來的信息通過PLC 傳輸給前端硬件加以顯示； 鉆機(jī)模型包括鉆機(jī)井架和底座模擬器，其中井架為前開口型，由主體、人字架及附件組 成，附件主要包括二層臺、死繩穩(wěn)定器、籠梯；井架主體由左上段、右上段、左中上段、右中上 段、左下段和右下段及背橫梁、斜拉桿、連接架組成一個前開口型鋼架結(jié)構(gòu)，主體的調(diào)整固 定是由兩個卡銷完成；人字架是由左、右前腿，左、右后腿及橫梁組成的門形結(jié)構(gòu)，用來起放 和支靠井架；起升裝置由起升大繩、高支架、低支架和游車大鉤支架組成；井架采用人字架 起升方式，依靠鉆臺面絞車的動力，通過快繩、大鉤拉動起升大繩，實現(xiàn)井架起升，井架起升 時為了能夠使井架平穩(wěn)的靠放在人字架上，同時下放井架時又能使井架重心前移，從而依 靠井架本身自重下落，在人字架上設(shè)有緩沖裝置，通過緩沖裝置的伸縮來實現(xiàn)； 底座主要由底座主體、起升裝置、液壓緩沖裝置組成，底座采用平行四邊形機(jī)構(gòu)的運動 原理，從而實現(xiàn)了高臺面設(shè)備的低位安裝；采用絞車動力，利用游車大鉤使底座從低位整體 起升到工作位置；底座主體分為上、中、下三層：上層為鉆臺面部分，用來安裝鉆臺面的設(shè) 備，通過銷子連接組成，下層為底座基座部分，由左前基座與左后基座、右前基座與右后基 座分別用銷子連接成左、右兩個部分；左、右兩個部分之間的連接構(gòu)件有連接梁、連接架和 斜撐；中間層為支撐部分，位于上、下層之間，起支撐鉆臺面和起放底座作用；中間層分別 由人字架前腿、人字架后腿、前立柱、后立柱、斜立柱組成，用銷子與上、下層連接；人字架由 前腿及后腿兩部分組成，起升大繩的一端固定在人字架后腿上，人字架在整個底座起升的 過程中起到支撐的作用；起升大繩兩端裝有套環(huán)，另有參與起升的1組滑輪固定在人字架 后腿上；所述鉆井模型還包括防護(hù)裝置組，其中防護(hù)裝置組包括實現(xiàn)鉆機(jī)井架天車防碰功 能的鉆機(jī)井架天車防碰裝置、實現(xiàn)防鉆機(jī)井架過度起升功能的防鉆機(jī)井架過度起升裝置、 實現(xiàn)防鉆機(jī)井架過度下放功能的防鉆機(jī)井架過度下放裝置、實現(xiàn)防鉆機(jī)底座過度起升功能 的防鉆機(jī)底座過度起升裝置、實現(xiàn)防鉆機(jī)底座過度下放功能的防鉆機(jī)底座過度下放裝置、 實現(xiàn)防鉆機(jī)大鉤過度下放功能的防鉆機(jī)大鉤過度下放裝置； 教師工作臺具有主控計算機(jī)和圖形計算機(jī)，其中該主控計算機(jī)具有主控模塊，該主控 模塊用于與通信模塊進(jìn)行通信，實時獲得硬件設(shè)備狀態(tài)；所述主控計算機(jī)還包括如下多個 鉆機(jī)模型的模擬裝置：鉆機(jī)模型鉆進(jìn)工藝模擬裝置、鉆機(jī)模型溢流模擬裝置、鉆機(jī)模型氣體 膨脹模擬裝置、鉆機(jī)模型循環(huán)壓力計算模擬裝置、鉆機(jī)模型鉆具提升模擬裝置以及鉆機(jī)模 型的鉆機(jī)井架/底座的起升/下放模擬裝置，其中主控模塊還包括有如下多個模擬系統(tǒng)：用 于模擬陸地鉆機(jī)井架/底座的起升/下放操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)起鉆和下鉆操作 的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)事故應(yīng)急操作的裝置； 三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)包括：投影機(jī)、工程環(huán)形投影幕和圖像融合機(jī)。其中所述投影 機(jī)為三臺正投投影機(jī)，所述三臺投影機(jī)與工程環(huán)形投影幕組合圖像融合機(jī)形成邊沿融合投 影系統(tǒng)；圖像融合機(jī)中包括有幾何矯正模塊、邊沿融合模塊、顏色校正模塊；其中圖像融合 機(jī)將圖形計算機(jī)產(chǎn)生的圖像信息分配給三臺投影儀，并進(jìn)行邊沿融合。2. 如權(quán)利要求1所述的陸地鉆機(jī)安裝操作模擬系統(tǒng)，其特征在于鉆機(jī)模型的核心控制 機(jī)為西門子S7-200系列可編程控制器，由S7-200直接控制操作臺上的各個物理量，以參數(shù) 機(jī)作為上位機(jī)，由教師控制機(jī)對絞車控制臺及前端的PL2000模擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理以使整 個系統(tǒng)構(gòu)成一個資源共享、任務(wù)分擔(dān)的分布式控制系統(tǒng)。3. 如權(quán)利要求2所述的陸地鉆機(jī)安裝操作模擬系統(tǒng)，其特征在于為實現(xiàn)井架/底座的 起升和下放并受控于司鉆臺，系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)絞車功能；在PLC系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計了高 速受控的步進(jìn)脈沖，在S7-200中設(shè)計了兩個PTO/PWM發(fā)生器，可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或 者一個脈寬調(diào)制波形；脈沖串PTO操作按照給定的PTO脈沖個數(shù)和周期輸出一串方波；PTO 可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串，或指定脈沖數(shù)和周期，PTO功能允許脈沖串排隊，當(dāng) 前脈沖串輸出完成時，會立即開始輸出一個新的脈沖串，以保證多個輸出脈沖串之間的連 續(xù)性。4. 如權(quán)利要求3所述的陸地鉆機(jī)安裝操作模擬系統(tǒng)，其特征在于教師操作臺主要用于 教師對學(xué)員操作情況進(jìn)行監(jiān)控，對操作結(jié)果進(jìn)行自動評判，打分；其中主控計算機(jī)用于完成 上述系統(tǒng)功能的執(zhí)行，其包括用于存儲和設(shè)置模擬參數(shù)的模塊、用于模擬工藝程序的模塊、 用于控制圖形、計算并繪制壓井曲線的模塊、用于成績評定及學(xué)員管理的模塊、采集前端設(shè) 備參數(shù)的模塊、控制前端控制臺上顯示儀表的模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)；圖形計算機(jī)用于環(huán)幕圖 形的處理和顯示，兩者間通過該TCP/IP協(xié)議互聯(lián)。5. 如權(quán)利要求4所述的陸地鉆機(jī)安裝操作模擬系統(tǒng)，其特征在于所述圖像融合機(jī)中包 括有幾何矯正模塊、邊沿融合模塊、顏色校正模塊： 其中幾何矯正模塊包括：所述幾何矯正模塊用于修正投射圖像的幾何形狀，以保證邊 沿融合控制能適應(yīng)多種屏幕構(gòu)型，使投射到墓上的畫面無幾何失真；所述幾何矯正模塊包 括下述子模塊：利用經(jīng)煒定位模塊和激光陣列以點陣的方式對環(huán)形投影幕進(jìn)行空間定位的 模塊；通過計算機(jī)的圖形管程輸出與環(huán)形投影幕上空間激光點陣形成等間隔的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的 模塊；通過智能相繼采集投影圖像并輸入計算機(jī)，并通過投影屏幕上的空間激光點陣與標(biāo) 準(zhǔn)網(wǎng)格進(jìn)行自動匹配從而得出投影儀圖像與投影屏幕對應(yīng)關(guān)系的模塊；利用上述對應(yīng)關(guān)系 實現(xiàn)對輸出的圖像進(jìn)行非線性幾何矯正的模塊； 其中邊緣融合模塊包括：用于將圖像分割成若干規(guī)則圖形的圖像分割模塊，以使若干 規(guī)則圖形分別由三個投影機(jī)進(jìn)行投影，其中分割為若干規(guī)則圖形的相鄰圖形邊緣相互重疊 部分圖形的寬度為對應(yīng)尺寸的5%以內(nèi)，相鄰圖形邊緣相互重疊圖形同時出現(xiàn)在分割后的 相鄰圖形的邊緣；用于在整個圖像上布置縱橫交錯的經(jīng)線和煒線的經(jīng)煒定位模塊，其使在 每個規(guī)則圖形中的經(jīng)線和煒線的顏色互不相同，并利用三個投影機(jī)將分割后的若干規(guī)則圖 形進(jìn)行投影，調(diào)節(jié)投影機(jī)使相鄰圖形邊緣相互重疊圖形內(nèi)的經(jīng)線，煒線完成重疊；灰度調(diào)節(jié) 模塊，調(diào)節(jié)不同投影機(jī)的亮度Alpha值為100%的白色圖像，通過灰度感光攝像頭對非重疊 圖形部分進(jìn)行感光信號采集，設(shè)置其灰度為a，將相鄰圖形邊緣相互重疊圖形的亮度下調(diào)， 直到重疊灰度0和非重疊圖形的灰度相等或誤差小于0.5%，再將不同的投影機(jī)一并進(jìn)行 投影； 其中顏色矯正模塊包括：使用智能相機(jī)測量出不同投影儀在投射相同亮度顏色時所產(chǎn) 生的實際亮度的模塊，對不同亮度下拍攝的照片進(jìn)行處理以得出每臺投影儀的顏色映射關(guān) 系的模塊；在每臺投影儀投影顯示前，設(shè)置不同屏幕的顏色表，產(chǎn)生顏色值的映射以使不同 投影儀投射出的同一種顏色盡量相似的模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的用于陸地鉆機(jī)的鉆機(jī)模型鉆進(jìn)工藝模擬裝置，其基于計算機(jī)仿真技術(shù)并參照鉆井作業(yè)現(xiàn)場的實際操作流程，對ZJ70D陸地鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝過程進(jìn)行逼真模擬，用于鉆井現(xiàn)場操作員的技術(shù)技能培訓(xùn)，增強了教學(xué)培訓(xùn)的可視性和浸入感，縮短了培訓(xùn)周期，提高了培訓(xùn)效果，降低了培訓(xùn)成本。
【IPC分類】G09B25/02
【公開號】CN104933944
【申請?zhí)枴緾N201510035381
【發(fā)明人】邵崇權(quán), 郝麗軍, 陳繼業(yè), 李鳳娟, 謝斌, 劉傳世, 李強, 萬朝暉, 李紅飛, 馬萌
【申請人】中國石油技術(shù)開發(fā)公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年1月22日