開題報(bào)告--基于虛擬真實(shí)技術(shù)的管式加熱爐溫度過程控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：基于虛擬真實(shí)技術(shù)的管式加熱爐溫度過程控制系統(tǒng)院:信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè):自動化學(xué)號：指導(dǎo)教師:二014年3月4日基于虛擬真實(shí)技術(shù)的管式加熱爐溫度過程控制系統(tǒng)lv背景介紹虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視 野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立 體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。下面對這些技術(shù)分別加以說明。相比較而言，利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足 夠準(zhǔn)確的模型，乂有足夠的時(shí)間，我們就可以牛成不同光照條件下各種物體的 精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的

2、刷新相當(dāng) 重要，同時(shí)對圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問題就變 得相當(dāng)困難。人看周圍的世界時(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這 些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個(gè)關(guān)于周圍世界的整體景象，這個(gè)景象 中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼 睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。在vr系統(tǒng)屮，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同 圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個(gè)顯示器，但用 戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶 數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。用戶（頭、

3、眼）的跟蹤：在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都 有一個(gè)位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。跟蹤頭部運(yùn)動的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，視場的改變 是通過鼠標(biāo)或鍵盤來實(shí)現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動感知系統(tǒng)是分離的，而利 用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián) 系起來，感覺更逼真。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認(rèn)識 環(huán)境，而且可以通過頭部的運(yùn)動去觀察環(huán)境。在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對于三維 空間來說，它們都不太適合。在三維空間屮因?yàn)橛辛鶄€(gè)自由度，我們很難找出 比較

4、直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動映射成三維空間的任意運(yùn)動。現(xiàn)在，已經(jīng)有 一些設(shè)備可以提供六個(gè)自由度，如3 space數(shù)字化儀和spaceball空間球等。另 外一些性能比較優(yōu)界的設(shè)備是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。2、研究現(xiàn)狀2.1工業(yè)控制引入虛擬現(xiàn)實(shí)的必要性焜擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展是知識經(jīng)濟(jì)“信息化、全球化、以人為本”這三大特征的具體體 現(xiàn)?，F(xiàn)代大型過程控制的信息管理要求對企業(yè)的管理既要有優(yōu)化性乂要有全面性。同時(shí)為 了適應(yīng)國際化、網(wǎng)絡(luò)化，也要求與inte rnet和企業(yè)管理的其它軟件相結(jié)合。因此，能夠適 應(yīng)網(wǎng)絡(luò)交互的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)以及應(yīng)用勢在必行。首先，在3 dmax和 virto ols i具一體化思想

5、的基礎(chǔ)上，將采集數(shù)據(jù)，控制參數(shù)、分析數(shù)據(jù)及結(jié)果、商務(wù)資 源等信息的網(wǎng)絡(luò)化、形象化、可視化，要求通過三維顯示和網(wǎng)絡(luò)傳輸，而實(shí)現(xiàn)資源共亨； 其次，4c (computer communica tion contr ol crt)技術(shù)、人工智能技術(shù)的結(jié)合并借助網(wǎng) 絡(luò)這一快速的傳輸工具和虛擬顯示這一自然的人機(jī)結(jié)合方式，使得“網(wǎng)上控制”和“控制 入網(wǎng)”的過程控制理念在過程控制領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。這樣監(jiān)控中心的操作人員或遠(yuǎn) 程用戶可以利用網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境工作平臺身臨其境般的監(jiān)視生產(chǎn)過程。從而，方便、 直觀、真實(shí)的分析數(shù)據(jù)和管理決策；再次，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)：沉浸性、交互性、 多感知性。使用者與虛擬環(huán)

6、境屮的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣。而且 還可以聽到三維仿真聲音。不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè) 備進(jìn)行交互。計(jì)算機(jī)能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運(yùn)動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的 圖像及聲咅。還可以通過自身的語言、身體運(yùn)動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的 對象進(jìn)行考察或操作，從而達(dá)到身臨其境的感受。真正的實(shí)現(xiàn)人機(jī)和諧、人機(jī)一體。2.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)(1) 多感知性是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感 知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。(2) 浸沒感指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真

7、實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以 分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去 是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同 在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。（3）交互性指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)吋性）。 例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可 以感覺物體的重量，視野屮被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。3、課題研究內(nèi)容3.1研究溫度控制系統(tǒng)例如管式加熱爐控制系統(tǒng)3.2利用3dmax軟件設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)模型，得出概要性模型3.3利用virtools嵌入

8、模型相關(guān)特性，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化3.4實(shí)現(xiàn)3dmax系統(tǒng)和利用virtoolsi具所建立的模型聯(lián)動，測試功能獲得各個(gè)測 試評估結(jié)果4、技術(shù)路線4.1將virtools技術(shù)運(yùn)用到3dmax系統(tǒng)中，建立完善的虛擬環(huán)境和虛擬人 物創(chuàng)建，完成業(yè)務(wù)建模、需求分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)配置的 全過程。4.2采用virtools開發(fā)5、關(guān)鍵技術(shù)介紹5.1建模技術(shù)3ds max （原名：3d stud io max）,是autode sk傳媒娛樂部開發(fā)的全功能的三維計(jì)算 機(jī)圖形軟件。它運(yùn)行在win32和win64平臺上。在2007年7月，3ds max發(fā)布了第十版。在windows nt出現(xiàn)以前，工業(yè)級的

9、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)制作被sgi圖形工作站所壟斷。3d studi o max + wi ndows nt組合的出現(xiàn)一下子降低了 cg制作的門檻，首選開始運(yùn)用在電 腦游戲中的動畫制作，后更進(jìn)一步開始參與彫視片的特效制作，例如x戰(zhàn)警2,最后的武 士等叫特點(diǎn)1. 基于pc系統(tǒng)的低配置要求2. 人性化的界面設(shè)計(jì)，入門簡單快捷。3. 安裝外掛(plugins)可提供3d studio max所沒有的功能(比如說3d studio max 7.5 版本以前不提供毛發(fā)功能)以及增強(qiáng)原本的功能4. 強(qiáng)大的角色(character)動畫制作能力5. 可堆棧的建模步驟，使制作模型有非常大的彈性。6. 支援maxscri

10、 pt內(nèi)建腳本控制語言，讓使用者有自訂工具的能力。maxscr ipt是內(nèi)建 在autodesk相關(guān)產(chǎn)品中的比如autodes k viz、3ds max plasma、gmax等軟件中的腳本語 言。為3ds max開發(fā)的第三方外掛中也多半有支援以ma xscript來控制。5.2模型功能建立技術(shù)virtoo is是一套整合軟件，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式整合在一起，如3d 的模型、2d圖形或是音效等。virtoo is是一套具備豐富的互動行為模塊的實(shí)吋 3 d環(huán)境虛擬實(shí)境編輯軟件，可以讓沒有程序基礎(chǔ)的美術(shù)人員利用內(nèi)置的行為 模塊快速制作出許多不同用途的3 d產(chǎn)品，如網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)游戲、多媒體

11、、 建筑設(shè)計(jì)、交互式電視、教育訓(xùn)練、仿真與產(chǎn)甜展示等【口。6、要解決的技術(shù)問題6.1保證虛擬壞境的穩(wěn)定，虛擬設(shè)備的可操作性。6.2學(xué)習(xí)3dm ax和virtools程序的使用。6.3在滿足虛擬溫度過程控制系統(tǒng)的完整下，盡可能減小誤差。6.4由于虛擬環(huán)境的局限性不能計(jì)算入更多精確動作，需要解決如何獲取 反應(yīng)時(shí)間這個(gè)數(shù)據(jù)。7、日程安排8、參考文獻(xiàn)1 王滔，費(fèi)皺銳虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在工業(yè)控制屮的應(yīng)用d.微計(jì)算機(jī)信息，200 0-16 (4)： 3-72 李會.遠(yuǎn)程教育環(huán)境下虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建d哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2004： 23-373 宗士增，徐建成.虛擬制造中的復(fù)雜系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真d電氣技術(shù)與自動

12、化，2002-10： 37-494 吳家鑄等視景仿真技術(shù)及應(yīng)用m.四安：西安電子科技大學(xué)岀版社，2001：25-40 俞金壽，孫自強(qiáng).過程控制系統(tǒng)m.北京：機(jī)械工業(yè)幽版社，2008-& 36-49 王樹青，金曉明.先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)例m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：1 2-247 蔡喬芳.加熱爐m.北京：冶金工業(yè)岀版社2 005： 23-388 郭一楠過程控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程虛擬仿真平臺研制j.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008：-32-469 曹輝，梁寧，張娜過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究j西南科技大學(xué)高教研究，200 5： 112-12310 李果，黃帥3 dmax屮文版標(biāo)準(zhǔn)教程m.上海：上海科學(xué)普

13、及出版社， 2004： 118-1 2711 王丹東，徐英欣，胥林三維游戲設(shè)計(jì)師寶典m.重慶：電腦報(bào)電子音像出版社，2009： 30-4012 王立群，李紅松.電腦游戲策劃與設(shè)計(jì)一vi rtools簡明教程m上海：復(fù)旦大學(xué)岀版社：20-3713 楊春，李昌國，秦思涵,劉成.v irtools虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)例教程m北京：清華大學(xué)岀版社,2013： 118-12914 何琳麟基于v irtools的初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的研究與設(shè)計(jì)m.成都：四川師 范大學(xué)出版社，2008： 35-6715 mert bal , majid hashemipo ur. virtua i factory approach f or implementation of holonic c ontrol in industrial d.2oo81 6 leandro , barbosa s. gatto a , antonio c