水电站厂房及设备可视化交互仿真系统研究

论文摘要

水电站厂房的设备管理是水电站厂房管理的一个重要领域，加强对设备的管理是厂房系统顺利运行的重要保障。水电站厂房系统空间结构复杂，包含的设备种类繁杂、数量多、信息量大，传统的水电站厂房设备管理方法还处于设备台账式管理阶段，一般以文字或图表的形式对设备属性信息进行存储及展示，存在设备与设备属性信息相割裂、难以直观表达设备的属性信息与设备空间信息的对应关系等问题，降低了设备运行与维护的管理效率。针对上述问题，本文构建了较为真实的水电站厂房可视化交互仿真场景，实现了设备空间信息与设备属性信息关联及交互，提高了场景的沉浸感与交互性，为水电站厂房设备管理提供了有效、直观的分析手段。取得的研究成果主要包括：（1）采用NURBS曲面技术、CSG方法、细分曲面技术和纹理映射技术等建立了水电站厂房场景三维实体模型，采用雾化模型及天空盒技术模拟了场景环境，在此基础上结合三维漫游、Bounding Volumes碰撞检测、Z-FAIL实时阴影体算法、虚拟环境声处理等技术，增强了虚拟场景的交互性与沉浸感，构建了多维度的虚拟水电站及厂房可视化场景，实现了用户与虚拟场景的多维度交互，为工程人员提供了直观的分析平台。（2）设计了设备属性体数据结构，将设备属性信息与模型分布式存储并关联，编制了GUI图形用户接口，结合射线拾取、动态材质、三维查询定位、数据库等关键技术，实现了通过设备模型查询设备属性信息及通过设备属性信息定位对应的设备模型。有效的解决了水电站设备可视化管理中，设备空间信息与其属性信息相割裂的问题。（3）结合某水电站工程厂房设备管理实例，在对设备管理的需求进行分析的基础上提出系统的实现目标及功能，设计了系统的总体结构、开发原则、运行环境及C/S架构的工作模式，开发了水电站厂房及设备可视化交互仿真系统。系统构建了高沉浸感的水电站厂房场景，实现了设备可视化管理。为厂房设备管理提供了有效、直观的分析手段，极大的提高了工程人员对设备可视化管理的效率，具有较高的应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 设备管理系统概述
• 1.2.1 设备管理系统
• 1.2.2 设备管理系统研究现状
• 1.3 设备可视化仿真管理系统概述
• 1.3.1 可视化仿真概述
• 1.3.2 可视化仿真技术在设备管理系统中研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 水电站厂房三维可视化交互场仿真场景构建
• 2.1 三维实体可视化场景建立
• 2.1.1 地形可视化建模
• 2.1.2 坝体、厂房、水轮机系统及设备可视化模型建立
• 2.1.3 纹理映射技术
• 2.2 水电站场景虚拟环境构建
• 2.2.1 天空背景
• 2.2.2 雾化效果
• 2.2.3 树木建模
• 2.3 交互仿真场景构建
• 2.3.1 漫游交互
• 2.3.2 碰撞检测
• 2.3.3 真实感交互
• 第三章 水电站厂房设备可视化管理
• 3.1 设备数据库设计
• 3.1.1 属性数据库设计
• 3.1.2 属性体数据库设计
• 3.2 GUI 图形用户接口
• 3.2.1 图形用户接口概述
• 3.2.2 控件分类及构建
• 3.3 设备模型查询设备信息
• 3.3.1 设备拾取
• 3.3.2 设备信息查询
• 3.4 设备信息定位设备
• 3.4.1 获取查询信息
• 3.4.2 设备定位
• 第四章 系统开发与工程应用
• 4.1 系统需求分析
• 4.1.1 系统的开发需求
• 4.1.2 系统设计目标及功能
• 4.2 系统总体设计
• 4.2.1 系统总体结构
• 4.2.2 系统开发原则
• 4.2.3 系统运行环境
• 4.2.4 系统工作模式
• 4.3 系统工程应用
• 4.3.1 系统设置
• 4.3.2 设备可视化管理
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢