钻井模拟器视景仿真系统关键技术研究

钻井模拟器视景仿真系统关键技术研究

论文摘要

本文总结了钻井模拟器视景仿真系统的设计和研发工作,以及在开发过程中所使用的关键技术。首先分析了钻井模拟器作为新一代虚拟培训技术,在石油工程方面应用的良好发展前景。然后介绍了该仿真系统的开发环境,详尽地描述了本系统的设计方案与实现策略,对相关技术进行分析和选择。最后,总结全文并给出了下一步工作的展望。作为钻井模拟器的重要组成部分,钻井模拟器视景仿真系统是钻井现场真实钻井场景的再现,它应用了先进的三维实体建模技术、视景仿真技术、并与钻井工艺相结合,从而大大提升了视景仿真的真实感。本论文以“虚拟培训在钻井工艺培训中的重要意义”为背景,以“虚拟现实技术在虚拟培训中的应用”为依据,对整个项目过程中涉及的设计方案和实现策略方面进行了全面的研究与探讨。整个钻井模拟器视景仿真系统的设计采用面向对象的方法。把所有的工艺器械作为对象处理,可以方便快捷的重组场景结构,轻松地完成不同作业对场景的需求;分析了钻井模拟器视景仿真系统中的建模方法,在宏观模型和微观模型的建模过程中采用了几何建模、运动建模、行为建模等方法。同时,分析了如何应用OpenGL对模型对象的运动过程进行控制。给出该仿真系统中的粒子系统模型,完成了对火焰、气泡、泥浆等微观模型的模拟;分析说明了GPU技术的优越性以及相关知识。在钻井模拟器视景仿真系统中运用GPU编程技术,采用GLSL语言完成了多种光源类型的效果模拟,用以实现电影级的光照效果。在文中对夜间的钻井现场进行模拟,模拟过程采用相同光照条件下的光源,分析对比了固定管线和可编程管线的模拟效果。根据钻井模拟器的发展现状提出了几点钻井模拟器视景仿真系统的完善和改进之处,使它能够更好的为油田培养出高质量高素质的钻井人才,适应当今社会的需求。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1. 绪论
  • 1.1 课题的提出
  • 1.2 虚拟培训技术
  • 1.3 视景仿真技术的研究历史和现状
  • 1.4 课题的来源及意义
  • 1.5 国内外研究状况
  • 1.6 论文的主要工作内容
  • 2. 视景仿真技术基础
  • 2.1 三维图形接口
  • 2.1.1 三维图形接口的选用
  • 2.1.2 0penGL2.0
  • 2.2 可编程硬件和高级渲染语言
  • 2.2.1 图形硬件的发展过程
  • 2.2.2 高级渲染语言及开发工具
  • 2.3 图形硬件渲染管线
  • 2.3.1 固有渲染管线
  • 2.3.2 可编程渲染管线
  • 3. 钻井模拟器视景仿真系统的分析与设计
  • 3.1 钻井模拟器视景仿真系统分析
  • 3.1.1 实时场景系统组成
  • 3.2 钻井模拟器视景仿真系统设计
  • 3.2.1 系统特点及设计目标
  • 3.2.2 基于面向对象的系统设计
  • 4. 钻井模拟器视景仿真系统关键技术
  • 4.1 虚拟现实建模技术
  • 4.1.1 建模的主要技术指标
  • 4.1.2 钻井模拟器视景仿真系统虚拟环境的建模过程
  • 4.1.3 钻井模拟器视景仿真系统中使用的建模技术
  • 4.2 钻井模拟器视景仿真系统三维环境搭建
  • 4.2.1 建立井场自然环境
  • 4.2.2 基于OpenGL的三维图形读取与控制
  • 4.3 钻井模拟器视景仿真系统中的光照
  • 4.3.1 光源特性和物体表面特性
  • 4.3.2 光照模型
  • 4.3.3 电影级光照
  • 4.3.4 光照渲染的优化
  • 4.3.5 光照效果对比
  • 4.4 粒子系统在钻井模拟器中的应用
  • 4.4.1 粒子系统的基本模型
  • 4.4.2 火焰的模拟
  • 4.4.3 气泡的模拟
  • 4.4.4 井喷泥浆的模拟
  • 5. 结论与展望
  • 5.1 论文总结
  • 5.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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