顶驱钻井模拟器图形系统的研究与实现

论文摘要

顶驱钻井模拟器图形系统是一个以现代电子技术、通信技术、图形技术为基础,以实际的钻井设备、计算机硬件和计算机软件为工具来模拟钻井平台操作的培训系统,主要用于石油天然气行业中钻井技术人员的实验、培训以及考核。为了更真实的模拟实际钻井过程,需要有相应的钻井场景画面的显示,以便为受训者创造一个逼真的钻井环境,达到模拟训练的目的。为了实现这一目的,需要研究钻井过程中三维场景的动态操作过程。本文在对石油钻井技术进行深入研究与理解的基础上,采用当前先进的计算机技术、数字仿真技术和多媒体技术,对石油钻井过程进行了模拟研究。在此基础上,重点研究了在虚拟现实软件中实现钻井过程的实现问题。本文为解决在虚拟现实软件中实现钻井过程的实际应用问题,采用了相应的算法来实现不同作业的操作结果,这也是本文重点的研究内容：1.采用了拉格朗日插值算法解决钻杆进出立杆盒时的旋转出杆问题。2.采用AABB包围盒算法和基于三维帧的算法解决了系统模拟钻井作业时可能发生的碰撞问题。3.采用A*路径查找算法解决了泥浆在虚拟管汇中的流向选择问题,模拟了在不同的阀门打开时泥浆在虚拟管汇中的流向。4.采用虚拟人物完成设备操作的办法实现钻井过程中的一些作业过程。本文实现了模拟钻井过程中正常起下钻、钻进和事故处理的过程,对改善顶驱钻井模拟培训有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文的研究意义
• 1.3 国内外研究概况
• 1.3.1 国外钻井模拟技术现状
• 1.3.2 国内钻井模拟技术现状
• 1.4 本文的主要工作及结构安排
• 第2章 Virtools与3ds max简介
• 2.1 Virtools软件介绍
• 2.1.1 Virtools操作接口介绍
• 2.2 3ds max软件
• 2.3 本章小结
• 第3章 图形系统的实现过程
• 3.1 引言
• 3.2 钻杆进出立杆盒的实现过程
• 3.2.1 欧拉角的拉格朗日插值
• 3.2.2 出杆动画的实现过程
• 3.3 系统中碰撞检测过程的实现
• 3.3.1 包围盒检测法的碰撞检测
• 3.3.2 基于三维帧的碰撞检测方法
• 3.3.3 算法在系统中的应用
• 3.4 控制泥浆流向的过程实现
• *路径寻找算法'>3.4.1 A^*路径寻找算法
• 3.4.2 算法在系统中的实现
• 3.5 系统中动画人的实现
• 3.5.1 动画制作过程
• 3.5.2 动画调用过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统测试
• 4.1 钻杆出立杆盒测试
• 4.2 碰撞检测测试
• 4.3 泥浆流向测试
• 4.4 动画人动作测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文