視景仿真技術(shù)在油田井下作業(yè)中的應(yīng)用探析

劉洪山 唐致彥 王云峰（青海油田井下作業(yè)公司 青海省海西州茫崖鎮(zhèn) 816400）

當(dāng)前，視景仿真技術(shù)已經(jīng)受到了越來(lái)越多的人關(guān)注，其除了在科技、軍事領(lǐng)域中得到了良好的應(yīng)用，同時(shí)，在企業(yè)領(lǐng)域中也受到了人們的大力追捧。油田井下作業(yè)過(guò)程中實(shí)施視景仿真系統(tǒng)能夠針對(duì)使用的機(jī)械設(shè)備做相關(guān)的虛擬裝配，準(zhǔn)確仿真井下采油工藝的全程，從而確保工程工藝的科學(xué)合理評(píng)價(jià)與整改。本文首先論述了視景仿真的特征及其核心技術(shù)，其次，對(duì)視景仿真技術(shù)在油田井下作業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了一番探析。

一、視景仿真特征及其核心技術(shù)

1、特征

首先，具有多感知性性質(zhì)，這里所說(shuō)的多感知不僅涵蓋了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)的所有視覺(jué)感知，而且，還包括了聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知、觸覺(jué)感知等。最佳的視景仿真技術(shù)應(yīng)具備全部的感知功能。由于受到了有關(guān)技術(shù)，尤其是傳感技術(shù)的約束，現(xiàn)代視景仿真技術(shù)擁有的感知功能只涵蓋了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、立覺(jué)等幾種。其次，具有臨場(chǎng)感性質(zhì)；指的是用戶切身的體會(huì)到作為主角在于模擬環(huán)境中的真實(shí)度。成功的模擬環(huán)境應(yīng)是用戶真假難辨的，讓用戶集中精力走進(jìn)由計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，在該環(huán)境中所看到和聽(tīng)到的事物都感覺(jué)非常的真，就好像是在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。另外，具有交互性性質(zhì)；主要指的是用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度以及從環(huán)境角度獲取反饋的自然程度（涵蓋實(shí)時(shí)性）。比如，用戶能夠直接用手隨意的抓取模擬環(huán)境中看到的虛擬的物體，用戶的手會(huì)產(chǎn)生拿東西的感覺(jué)，同時(shí)，還能獲悉物體的大概重量。再有，具有構(gòu)想性性質(zhì)；要求視景仿真技術(shù)要不斷擴(kuò)大可想象空間，進(jìn)一步延伸人們的認(rèn)知領(lǐng)域，除了要展現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境外，還應(yīng)無(wú)條件的構(gòu)想客觀不存在或者發(fā)生幾率很小的環(huán)境。

2、核心技術(shù)

（1）實(shí)施三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)；通過(guò)計(jì)算機(jī)模型構(gòu)建圖形圖像并非難事，倘若模型準(zhǔn)確合理，且時(shí)間充足，那么，就能夠呈現(xiàn)出各類(lèi)光照條件下各物體的精確圖像。

（2）觸覺(jué)與力覺(jué)反饋；用戶能夠在一個(gè)VR系統(tǒng)中看到虛擬的杯子，可設(shè)法將其抓住，但手不會(huì)產(chǎn)生接觸杯子的感覺(jué)，同時(shí)，還一定程度上會(huì)穿過(guò)虛擬杯子的“表面”，這是我們現(xiàn)實(shí)生活中永遠(yuǎn)做不到的。處理此問(wèn)題使用最多的裝置主要是在手套內(nèi)存設(shè)置部分相應(yīng)的能振動(dòng)的觸點(diǎn)以模擬觸覺(jué)。

（3）語(yǔ)音輸入輸出；其在VR系統(tǒng)中同樣重要。所以，明確指出虛擬環(huán)境要聽(tīng)懂人的語(yǔ)言，同時(shí)，和人進(jìn)行良好的交互。但計(jì)算機(jī)在識(shí)別人的語(yǔ)音時(shí)還具有一定的困難性，這主要是因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)和自然語(yǔ)言信號(hào)存在多邊性與復(fù)雜性特征。比如，在連續(xù)語(yǔ)音中詞和詞間并無(wú)什么明顯的停頓，相同的詞、字的發(fā)音會(huì)不同程度上被前后詞、字所影響，不僅不同人說(shuō)同一詞會(huì)有所不同，而且，同一人的發(fā)音上會(huì)在心理、生理乃至環(huán)境的影響下表現(xiàn)出不同。

二、對(duì)視景仿真技術(shù)在油田井下作業(yè)中的應(yīng)用

1、場(chǎng)景建模

油田井下作業(yè)視景仿真系統(tǒng)需一個(gè)高效的仿真支撐軟件，充分利用MultiGen Creator這一三維建模軟件來(lái)實(shí)施視景仿真建模。該軟件的逼真度非常高，是最為理想的一種實(shí)施三維建模工具，其地形數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，運(yùn)載工具類(lèi)型較多，模型可實(shí)現(xiàn)分布式驅(qū)動(dòng)，關(guān)于模型的實(shí)時(shí)渲染運(yùn)行主要以各種圖像格式為主，我們可以從諸多的三維視點(diǎn)上對(duì)模型進(jìn)行認(rèn)真觀看。本系統(tǒng)建模具體涵蓋了井場(chǎng)地面設(shè)施建模、井下作業(yè)工具建模以及基礎(chǔ)管柱建模等。筆者主要從多流測(cè)試器角度出發(fā)，對(duì)三維實(shí)體模型具體的構(gòu)建過(guò)程進(jìn)行了全面分析。多流測(cè)試器在測(cè)試工具中屬于一項(xiàng)核心主件，涵蓋了換位機(jī)構(gòu)、延時(shí)機(jī)構(gòu)以及取樣機(jī)構(gòu)。利用其能夠做到鉆井中途裸眼井段測(cè)試與多層段間的跨隔測(cè)試。它有著圓筒形狀，內(nèi)外都是三層，存在諸多的不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體，如花鍵心軸、阻流器擋塞等。

在詳細(xì)分析多流測(cè)試器的層次結(jié)構(gòu)后得出，應(yīng)堅(jiān)持從里到外，從上到下的基本原則，充分通過(guò)建模軟件MultiGen Creator所提供的點(diǎn)、線、面、體創(chuàng)建與修改工具，積極開(kāi)展幾何模型的構(gòu)建。在構(gòu)建了可視化模型后，為了使模型更接近于真實(shí)，發(fā)揮理想的三維立體效果，應(yīng)針對(duì)模型計(jì)算陰影。多流測(cè)試器的大部分部件都屬于鐵制品，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，就算是貼制紋理，依舊呈現(xiàn)的是鐵黑色，辨認(rèn)難度大，因此，內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)顏色的設(shè)置明確各部位。

2、加強(qiáng)輸入事件控制

輸入事件具體涵蓋了鼠標(biāo)輸入事件和鍵盤(pán)輸入事件，利用這兩種事件對(duì)作業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行處理。視景仿真系統(tǒng)要求鼠標(biāo)事件、鍵盤(pán)事件配合界面的設(shè)計(jì)，從而有效控制參數(shù)值。油田井下作業(yè)中，通過(guò)OIS面向?qū)ο筝斎胂到y(tǒng)對(duì)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)事件處理加以控制，不斷提高鼠標(biāo)點(diǎn)擊和滑動(dòng)功能。應(yīng)在界面上新增按鈕、滑塊等諸多的元素，針對(duì)參數(shù)采用數(shù)字、滑塊等手段全面展現(xiàn)在overlay上。用戶可利用鼠標(biāo)滑動(dòng)滑塊有效控制參數(shù)。

三、結(jié)論

綜上所述可知，油田井下作業(yè)視景仿真系統(tǒng)主要將計(jì)算機(jī)軟硬件當(dāng)做核心平臺(tái)，充分利用視景仿真技術(shù)，對(duì)井下作業(yè)中經(jīng)常用到的工具結(jié)構(gòu)、原理和施工工藝進(jìn)行一番模擬。當(dāng)前，視景仿真技術(shù)已經(jīng)成為了井下作業(yè)中不可少的手段，今后中必將迅速發(fā)展，全面普及。

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