基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)使用說明書

1、 基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)使用說明書第一章 系統(tǒng)概述1.1 系統(tǒng)介紹 “基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)”是基于客戶服務(wù)器模式,其中服務(wù)器提供VRML文件及支持資源客戶通過網(wǎng)絡(luò)下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器交互式訪問該文件描述的虛擬境界。因為瀏覽器是本地平臺提供的，從而實現(xiàn)了和硬件平臺的無關(guān)性。VRML象HTML一樣，是一種ASCII碼描述語言，它是一套告訴瀏覽器如何創(chuàng)建一個三維世界并在其中航行的指令，這些指令由再現(xiàn)器解釋執(zhí)行，再現(xiàn)器是一個內(nèi)置于瀏覽器中或外部的程序。由于VRML是一個三維造型和渲染的圖形描述性語言，復(fù)雜的3D術(shù)語轉(zhuǎn)換為動態(tài)虛擬世界是高速的硬件和瀏覽器

2、，又由于其交互性強和跨平臺性，使虛擬現(xiàn)實在Internet上有著廣泛的應(yīng)用，例如遠程教育、商業(yè)宣傳等等。為此本公司研發(fā)出“基于VRML的虛擬模型軟件”,從用戶的角度來說，基本上是HTML加上第三維，但從開發(fā)者角度來說， VRML環(huán)境的產(chǎn)生提供了一套完全的新標(biāo)準(zhǔn)，新過程以及新的Web 技術(shù)。交叉平臺和瀏覽器的兼容性是首先要解決的問題。設(shè)計之前，必須明確指定目標(biāo)平臺（PC、 Mac、SGI的新O2等等）， CPU速度、可以運行的帶寬以及最適合使用的VRML瀏覽器。1.2系統(tǒng)功能概述1.建?！盎谔摂M現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)”的建造概念和其他工程建模概念相似，必須解決交流的問題，畫出草圖并研究材質(zhì)的處

3、理，生成模型、空間、化身，但必須考慮一些技術(shù)的限制，如，考慮到目標(biāo)平臺，決定在VRML文件中放入多少多邊圖形；預(yù)先考慮到基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)執(zhí)行的動作，把相應(yīng)的目標(biāo)歸類，用于設(shè)定三維物體之間的相互聯(lián)系，建模與動畫相互配合，如果歸類正確合適，就會縮小生成動畫效果之后文件的體積。虛擬現(xiàn)實的設(shè)計中必須考慮加入重力和碰撞的效果，以使虛擬現(xiàn)實的場景和生活中的相似。建模者需要生成代理幾何模塊（一系列的調(diào)用指令），其作用在于是瀏覽器在虛擬現(xiàn)實場景中只需監(jiān)測一個很小的子目標(biāo)，而無須計算虛擬場景中所有目標(biāo)的重力和碰撞效果，最大限度的減少瀏覽器的工作量，并改善VRML的演示效果。 VRML文件對自由曲面

4、描述方式一直是基于polygon，文件中描述了曲面上各個點在場景中的位置，故而文件中產(chǎn)生了大量的數(shù)字，致使文件體積龐大， NURBS是一種在3D模型空間中，用曲線和曲面表示物體輪廓和形狀的方法，簡化了對復(fù)雜曲面的描述，“基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)”的擴展標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)加入了NURBS的描述語句，使得三維模型文件變得很小，另外， VRML文件格式支持Zip壓縮，也使模型文件體積進一步縮小，減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，卻不影響瀏覽效果。2.生成行為并設(shè)定功能“基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)”的交互性很強，用戶可以通過化身（用戶在虛擬空間的代表）與其他的用戶化身“面對面”交流和溝通，真正實現(xiàn)WWW上的多人

5、環(huán)境，而它的實現(xiàn)需要編制復(fù)雜的行為。VRML制作的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)能在所有的瀏覽器上運行。一種方法是使用動畫，動畫可以使VRML世界更加逼真，許多制作程序都需要用大量的時間檢測節(jié)點來驅(qū)動動畫，但同時也占用大量的CPU工作時間，減少時間檢測節(jié)點的數(shù)量并在其不執(zhí)行實時工作時關(guān)閉是提高VRML文件運行性能的通用方法。另一種方法是通過語言編制復(fù)雜的行為， “基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)”互動性很強，除了包括內(nèi)部的屬性，更支持Java、 ECMAScript（JavaScript）、 VRMLScript，甚至CGI等的接口，以便建立真3D虛擬社區(qū)。3.其他功能特點：(1) 文件管理功能(2) 文件編輯功能(

6、3) 具有預(yù)覽功能(4) 方便快捷的材質(zhì)編輯功能(5) 方便下載VRML資源 1.3 技術(shù)環(huán)境1. 硬件環(huán)境n CPU：P4 3.0 G以上；n 內(nèi)存：1GB以上；n 硬盤：硬盤80G；2. 軟件環(huán)境n 數(shù)據(jù)庫： Oracle 10g XE。n 應(yīng)用服務(wù)器：Tomcat 5.5應(yīng)用服務(wù)器軟件。n JDK版本：JDK1.4n 操作系統(tǒng)： Windows XP n IE瀏覽器為6.0以上第二章 系統(tǒng)功能說明2.1 登錄界面如下圖2-1所示，雙擊“基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)”的快捷方式，啟動程序。圖2-1 快捷方式進入登錄窗體，如下圖2-2所示。圖 2-2 登錄窗口輸入相關(guān)的用戶，及密碼和驗證碼

7、后，點擊確定按鈕，即可進入系統(tǒng)主界面。其中用戶為用戶姓名 全拼，初始密碼為六個一，建議用戶登錄后修改自己的密碼。進入虛擬模型軟件主界面。如圖2-3所示。2.2 系統(tǒng)功能介紹輸入正確的用戶名和密碼之后，并單擊“開始”-“高級仿真”命令，出現(xiàn)狀況如下圖2-3所示的仿真界面。圖2-3 基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)主界面右擊仿真導(dǎo)航器的DACHILUNmodel1.prt，選擇“新建仿真”，如下圖2-4所示，單擊確定，出現(xiàn)下圖2-5所示；再單擊確定。圖2-4 新建模型圖2-5 創(chuàng)建解算方案將齒輪設(shè)為顯示部件，單擊“材料屬性”，選材如圖2-6所示：圖2-7 指派材料界面單擊“3D四面體網(wǎng)格”對齒輪進行

8、網(wǎng)格劃分，如下圖；單擊確定后，即可顯示網(wǎng)格。如圖2-8所示。圖2-8 3D四面體網(wǎng)格右擊仿真導(dǎo)航器的DACHILUNmodel1_fem1.fem，選擇“顯示仿真-DACHILUNmodel1_sim1.sim”，如圖2-9所示。圖2-9 顯示仿真模型右擊“Constraints”，選擇“固定約束”，步驟如圖2-10所示： 圖2-10 固定約束右擊“l(fā)oads”,選擇“力”，輸入數(shù)據(jù)，并選擇受力的齒面，如圖；單擊“確定”后，如圖2-11所示： 圖2-11矢量校準(zhǔn)圖2-12 求解界面單擊“解算”，如圖，并確定，知道出現(xiàn)如下圖：并關(guān)閉上面3個圖框。如圖2-13所示。圖2-13 解算界面選擇“后處理

9、導(dǎo)航器”中的“位移-節(jié)點的”、“旋轉(zhuǎn)-節(jié)點的”、“應(yīng)力-基本的”、“應(yīng)力-單元節(jié)點”分別出現(xiàn)下圖（從上到下），完成齒輪的有限元分析。如圖2-14所示。圖2-14 模型處理有限元分析圖2-15 模型處理有限元分析圖2-16 壓力單元節(jié)點分析進入運動仿真模塊，新建仿真，隱藏?zé)o關(guān)組件,，如下圖2-17所示：圖2-17 運動仿真單擊【連桿】，創(chuàng)建如下固定連桿:圖2-18 固定連接桿模型單擊【連桿】，創(chuàng)建以下非固定連桿：如圖2-19所示。圖2-19 連桿模型單擊【運動副】，選擇旋轉(zhuǎn)副，創(chuàng)建如下運動副：圖2-20 旋轉(zhuǎn)副界面單擊【齒輪】，創(chuàng)建兩個齒輪副：圖2-21所示。圖2-21 齒輪副配置界面確定輸入端

10、軸的初速度，如下圖2-22所示：圖2-22 輸入端軸的初速度設(shè)定進行解算方案，如下圖：圖2-23 預(yù)算方案進行求解，單擊【動畫】，觀察齒輪運動狀況如下圖2-24所示：圖2-24 動畫界面9、建立圖表如下圖2-25所示圖2-25 虛擬模型動態(tài)圖第三章 注意事項熟悉WWW的人都知道，受HTML的限制，網(wǎng)頁只能是平面的結(jié)構(gòu)，就算 JAVA語言能夠為網(wǎng)頁增色不少， 但也僅僅停留在平面設(shè)計階段，而且實現(xiàn)環(huán)境與瀏覽者的動態(tài)交互是非常繁瑣的。于是VRML應(yīng)運而生。尤其是VRML 2.0標(biāo)準(zhǔn)，被稱為第二代Web語言，它改變了WWW上單調(diào)、交互性差的弱點，將人的行為作為瀏覽的主題，所有的表現(xiàn)都隨操作者行為的改變

11、而改變。 VRML創(chuàng)造的是一個可進入、可參與的世界。你可以在計算機網(wǎng)絡(luò)上看到一幅幅生動、逼真的三維立體世界，你可以在里面自由的遨游；你可以將網(wǎng)絡(luò)上流行的MUD游戲轉(zhuǎn)換為立體圖形世界； 你可以將你公司的主頁改編成三維主頁，讓瀏覽者領(lǐng)略到你公司的實貌，而不僅僅是簡單的文本、表格. VRML是一種國際標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)范由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義，MIME類型為 x-world/x-vrml，它的表現(xiàn)與操作系統(tǒng)平臺無關(guān)。VRML1.0只能創(chuàng)建靜態(tài)的3D景物，你可以在它們之間移動，來測覽三維世界。 VRML1.0是基于SGI公司的OpenInventor的文件格式，也是它的一個子集，是一種流行的3D圖形的

12、格式，并可鏈接到一般的WWW頁。VRML1.0的立體鏈接，即構(gòu)成了VRML的世界。 可以看出，用VRML1.0很容易做出三維物體，這也正是VRML1.0的基本目的所在。另外，有些廠家將VRML1.0進行了擴展，使其可以實現(xiàn)一些動畫功能和交互性，但只能在Live3D 的環(huán)境下運行。由于VRML1.0的種種限制，VRML2.0的產(chǎn)生也就是不可避免的。VRML1.0只能創(chuàng)建靜態(tài)的3D景物。因此雖然能用WML1.0來建立用戶的虛擬代表，它們卻不能做其他任何事情。但是，VRML2.0能夠改變這一點，它增加了行為，可以讓物體旋轉(zhuǎn)、行走、滾動、改變顏色和大小。 比較起來，VRML2.0比VRML1.0有了長

13、足的進步，其巨大的改變，正如當(dāng)年Microsoft公司的Window95比之Windows3.0的進步。 基于虛擬現(xiàn)實的管道供水仿真系統(tǒng)在實際應(yīng)用中比較廣泛，但是有一些特別的注意事項值得我們注意。人機界面的設(shè)計過程注意事項： 1 創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設(shè)計模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和過程性描述，界面設(shè)計一般只作為附屬品，只有對用戶的情況(包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個性、種族背景等)有所了解，才能設(shè)計出有效的用戶界面；根據(jù)終端用戶對未來系統(tǒng)的假想(簡稱系統(tǒng)假想)設(shè)計用戶模型，最終使之與系統(tǒng)實現(xiàn)后得到的系統(tǒng)映象(系統(tǒng)的外部特征)相吻合，用戶才能對系統(tǒng)感到滿意并能有效的使用它；

14、建立用戶模型時要充分考慮系統(tǒng)假想給出的信息，系統(tǒng)映象必須準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的語法和語義信息?？傊?，只有了解用戶、了解任務(wù)才能設(shè)計出好的人機界面。2確定為完成此系統(tǒng)功能人和計算機應(yīng)分別完成的任務(wù)任務(wù)分析有兩種途徑。一種是從實際出發(fā)，通過對原有處于手工或半手工狀態(tài)下的應(yīng)用系統(tǒng)的剖析，將其映射為在人機界面上執(zhí)行的一組類似的任務(wù)；另一種是通過研究系統(tǒng)的需求規(guī)格說明，導(dǎo)出一組與用戶模型和系統(tǒng)假想相協(xié)調(diào)的用戶任務(wù)。逐步求精和面向?qū)ο蠓治龅燃夹g(shù)同樣適用于任務(wù)分析。逐步求精技術(shù)可把任務(wù)不斷劃分為子任務(wù)，直至對每個任務(wù)的要求都十分清楚；而采用面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)可識別出與應(yīng)用有關(guān)的所有客觀的對象以及與對象關(guān)聯(lián)的動作。3 考慮界面設(shè)計中的典型問題設(shè)計任何一個機界面，一般必須考慮系統(tǒng)響應(yīng)時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式四個方面。系統(tǒng)響應(yīng)時間過長是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問題，除了響應(yīng)時間的絕對長短外，用戶對不同命令在響應(yīng)時間上的差別亦很在意，若過于懸殊用戶將難以接受；用戶求助機制宜采用集成式，避免疊加式系統(tǒng)導(dǎo)致用戶求