【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 師備課提供原材料，或?yàn)閷W(xué)生進(jìn)一步加工 (校對(duì)、細(xì)節(jié)修補(bǔ)等 )提供原始框架。這種研究將為教學(xué)設(shè)計(jì)自動(dòng)化打下良好的基礎(chǔ)，而這一目標(biāo)的達(dá)成需要借助知識(shí)工程和語言學(xué)的研究成果，甚至是與知識(shí)工程以及語言學(xué)的同行一道，攻克一些難題。從這個(gè)角度來看，知識(shí)可視化是知識(shí)工程的應(yīng)用領(lǐng)域。 我國(guó)科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的研究開始于 20世紀(jì) 90年代初，信息可視化的研究開始于我國(guó) 20世紀(jì) 90年代中后期，對(duì)知識(shí)可視化的研究則是最近幾年才興起的。近年來各種可視化技術(shù)已擴(kuò)展到科學(xué)研究、工程、軍事、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域。其中有很多問題需要在以后的研究中加以解：首先，可視化技術(shù)必須同數(shù)據(jù)挖掘有更 緊密的聯(lián)系；其次，可視化系統(tǒng)需要提高數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的人機(jī)交互能力；再次，可以先開發(fā)針對(duì)某類特定領(lǐng)域的可視化系統(tǒng)，針對(duì)某類型的數(shù)據(jù)開發(fā)相對(duì)應(yīng)的可視化系統(tǒng)，使相應(yīng)的數(shù)據(jù)得到充分的顯示和分析，然后再考慮推廣到更廣泛的信息資源中應(yīng)用；最后，對(duì)信息可視化和知識(shí)可視化的研究雖然已經(jīng)取得不少的成果，但從整體上來說，與世界先進(jìn)水平還有相當(dāng)?shù)牟罹?，特別是在商業(yè)軟揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 6 件方面還是空白，因此組織力量開發(fā)可視化商業(yè)軟件，并通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，促使其逐步成熟，已成為當(dāng)務(wù)之急。 可視化在水利行業(yè)的應(yīng)用 可視化技術(shù)在水利行業(yè)起步比 較晚，但是發(fā)展較快。在水電機(jī)組運(yùn)行方面出現(xiàn)了一些專家、學(xué)者和工程師試圖把可視化運(yùn)用到其中，經(jīng)過我國(guó)科研工作者和工程技術(shù)人員的努力，已經(jīng)在這方面取得了一系列進(jìn)展。 李旭對(duì)三維可視化主要內(nèi)容及其在水工結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，并由此推出了水工結(jié)構(gòu)工程三維可視化系統(tǒng)的基本框架，指出數(shù)字化、可視化、智能化的三維可視化技術(shù)將有很大的應(yīng)用潛力和空間，為水工結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)提供新的設(shè)計(jì)手段。 楊成杰等提出了基于三維引擎技術(shù)開發(fā)水利水電工程可視化系統(tǒng)的方法，重點(diǎn)探討了三維引擎中的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)技術(shù)原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析 ?；谝骈_發(fā)了一個(gè)三維可視化系統(tǒng)，驗(yàn)證了這些技術(shù)的可用性和有效性。 盧萬里選取水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中的導(dǎo)葉主接力器建模為例加以介紹，說明三維可視化實(shí)現(xiàn)的全過程。但也只限于調(diào)速系統(tǒng)中水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中導(dǎo)葉接力器的結(jié)構(gòu)和原理，并沒有涉及整體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理。 前人的研究讓水利行業(yè)可視化不斷深入，但還存在以下問題： （ 1） 相對(duì)水工結(jié)構(gòu)和施工可視化，對(duì)水泵機(jī)組結(jié)構(gòu)方面可視化研究較少，具體部件結(jié)構(gòu)的形象化研究不夠 。 （ 2）水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式因各個(gè)水電站的客觀條件差異而各不相同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？v觀前人研究結(jié)果，只實(shí)現(xiàn)了 個(gè)別部件的可視化，沒有系統(tǒng)的整體可視化，不夠具體和全面。 （ 3）結(jié)合實(shí)際工程情況，對(duì)水電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)檢修過程可視化研究不多。 系統(tǒng)的可視化是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，尤其是對(duì)水泵機(jī)組這樣復(fù)雜的設(shè)備，揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 7 需要運(yùn)用很多的技術(shù)手段，對(duì)于水泵的拆裝部分，為了形象地描述設(shè)備的真實(shí)結(jié)構(gòu)、相對(duì)位置和物理運(yùn)動(dòng)過程，我們可以采用三維實(shí)體可視化建模；對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定 性的分析，更注重定量運(yùn)行的特性，可以采用仿真技術(shù)，通過二維圖像來描述。在水利行業(yè)中應(yīng)用仿真和可視化技術(shù)，將有助于推動(dòng)水利建設(shè)向數(shù)字化、可視化和智能化的方向發(fā)展。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文旨在闡述豎井貫流泵安裝、檢修可視化技術(shù)的過程及其就一個(gè)貫流泵模型具體介紹制作過程。采用 Flash、 3DS MAX動(dòng)畫軟件開發(fā)、 After Effects(影視后期制作 )和 IEBOOK（電子雜志） ,建立豎井貫流泵的工作原理、安裝及拆卸的三維動(dòng)畫演示及 主要 零件的三維建模，形象、具體、直觀、可視地描述貫流泵各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、特點(diǎn)、安裝工藝要求、安裝方法，使剛接觸貫流泵的人能夠在較短的時(shí)間里，迅速了解豎井貫流泵機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)、分解安裝過程和檢修過程，給初學(xué)者一個(gè)直觀的視覺認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí) 興趣和主動(dòng)性， 更好的了解貫流泵。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下： 根據(jù)豎井貫流泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對(duì) 水泵機(jī)組 零部件進(jìn)行三維建模，并對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行裝配。調(diào)整各個(gè)部件的空間位置和相對(duì)位置，通過 3DS MAX軟件，運(yùn)用虛擬攝像機(jī)從多個(gè)角度觀察各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)水泵機(jī)組的安裝和拆卸的可視化。 通過 AE影視后期制作軟件將 3DS MAX軟件中渲染出的序列幀圖片制作成不同的動(dòng)畫視頻。給人直觀的感受。 運(yùn)用多媒體制作軟件 IEBOOK將豎井貫流泵的各個(gè)部件圖和拆裝的動(dòng)畫視頻總和到一起，便于展示。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 模 幾款可視化軟件的對(duì)比與選擇 目前三維實(shí)體建模技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，常用三維軟件很多，不同行業(yè)有不同的軟件，各種三維軟件各有所長(zhǎng)，如 Maya、 OpenGL、 SolidWorks、 3D MAX等。 Maya Maya是美國(guó) Autodesk公司出品的世界頂級(jí)的三維動(dòng)畫軟件，應(yīng)用對(duì)象是專業(yè)的影視廣告，角色動(dòng)畫，電影特技等。 Maya功能完善，工作靈活，易學(xué)易用，制作效率極高，渲染真實(shí)感極強(qiáng)，是電影級(jí)別的高端制作軟件。 Maya 集成了 Alias Wavefront 最先進(jìn)的動(dòng)畫及數(shù)字效果技術(shù)。它不僅包括一般三 維和視覺效果制作的功能，而且還與最先進(jìn)的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運(yùn)動(dòng)匹配技術(shù)相結(jié)合。 Maya 可在 Windows NT與 SGI IRIX 操作系統(tǒng)上運(yùn)行。在目前市場(chǎng)上用來進(jìn)行數(shù)字和三維制作的工具中， Maya 是首選解決方案。 但 Maya會(huì)對(duì)于初學(xué)者來說，難度太大。 Maya是一款及其強(qiáng)大的全能軟件，可以勝任任何用戶想要完成的工作，而且可以用很多種不同的方法來完成。但是，要想完全精通 Maya，也許需要幾年的時(shí)間。 OpenGL OpenGL是一個(gè)開放的三維圖形 軟件包 ，它獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植； OpenGL可以與 Visual C++緊密接口，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的有關(guān)計(jì)算和圖形算法，可保證算法的正確性和可靠性； OpenGL使用簡(jiǎn)便，效率高。由于 OpenGL是圖形的底層圖形庫(kù)，沒有提供幾何 實(shí)體圖元，不能直接用以描述場(chǎng)景。 SolidWorks SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于 Windows開發(fā)的三維 CAD系統(tǒng) ， 由于技術(shù)創(chuàng)新符合 CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì) ， SolidWorks公司于兩年間成為 CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司 。 對(duì)于熟悉 微軟 的 Windows系統(tǒng)的用戶 ， 基本上就可以用SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)了。 SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶 在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。 SolidWorks資源管理器 是同 Windows資源管理器一樣的 CAD揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD文件。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。 但 SolidWorks是以機(jī)械設(shè)計(jì)為主，是學(xué)院派人士在 UGS的 Parasolid內(nèi)核平臺(tái)下開發(fā)出來的。不太符合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，而且 SolidWorks2021程序比較大，而且對(duì)硬件要求也比較高。 3D MAX 3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱為 3ds Max或 MAX，是 Autodesk公司開發(fā)的基于 PC系統(tǒng)的 三維動(dòng)畫 渲染和制作軟件。在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化 等領(lǐng)域。擁有強(qiáng)大功能的 3DS MAX被廣泛地應(yīng)用于電視及娛樂業(yè)中， 比如 片頭動(dòng)畫和視頻游戲的制作，深深扎根于玩家心中的 勞拉 角色形象就是 3DS MAX的杰作。在影視特效方面也有一定的應(yīng)用。而在國(guó)內(nèi)發(fā)展的相對(duì)比較成熟的建筑效果圖和 建筑動(dòng)畫制作中， 3DS MAX的使用率更是占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)對(duì) 3DS MAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對(duì)來說要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡(jiǎn)單的動(dòng)畫；片頭動(dòng)畫和視頻游戲應(yīng)用中動(dòng)畫占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓?dòng)畫的要求要高一些；影視特效方面的應(yīng)用則把 3DS MAX的功能發(fā)揮到了極致。當(dāng)前，它已逐步成為在個(gè)人 PC機(jī)上最優(yōu)秀的三維動(dòng)畫制作軟件。 3D MAX軟件特點(diǎn)： （ 1） 功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好 建模功能強(qiáng)大，在角色動(dòng)畫方面具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，另外豐富的插件也是其一大亮點(diǎn) 。 （ 2） 操作簡(jiǎn)單，容易上手。 與強(qiáng)大的功能相比， 3ds max可以說是最容易上手的 3D軟件 。 （ 3） 和其它相關(guān)軟件配合流暢 。 （ 4） 做出來的效果非常的逼真 。 考慮到以上各種優(yōu)勢(shì)，我們選擇 3D MAX作為豎井貫流泵系統(tǒng)安裝、檢修可視化的制作軟件。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 10 3D MAX 可視化實(shí)現(xiàn)過程 首先通過模型貫流泵的裝配 CAD圖，初步了解貫流泵各個(gè)部件及其各部件間的裝配關(guān)系，通過 CAD視圖將各部件的三維模型在 3D MAX中建立起來。豎井貫流泵的模型裝配圖（ 21）如下 : 21 模型裝配圖 出水流道建模 由 CAD 中出水流道的正視和俯視圖如下圖（ 22），知道出水流道是由圓形變成長(zhǎng)方形的過渡，在 3D MAX 中建模并不難 。 22 出水流道圖 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 如圖（ 23）所示在 3D MAX界面下畫出一個(gè)圓面和一個(gè)矩形，通過對(duì)齊工具使兩者在同一軸線上，適當(dāng)調(diào)整兩者的形狀大小和相對(duì)位置。 23 將兩物體附加在一起，同時(shí)將兩者轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形，在圓面和與其相鄰的矩形面之間做一個(gè)橋接如圖（ 24）所示 24 橋接之后的圖如圖（ 25）所示 25 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 為了使出水流道 有一定的厚度在修改器列表下加一個(gè)“殼”的修改器，并且適當(dāng)調(diào)整邊緣的位置，在與導(dǎo)葉體聯(lián)接的部位加上八個(gè)螺孔，這是通過超級(jí)布爾來完成的。最終完成的出水流道如圖（ 26）所示 26 導(dǎo)葉帽、導(dǎo)葉體建模 在 CAD圖中 的 俯視圖（ 27）了解到導(dǎo)葉帽和導(dǎo)葉體的模型結(jié)構(gòu)，由于導(dǎo)葉體的導(dǎo)葉部分是一個(gè)扭面，對(duì)光滑度要求比較高，所以事先在 Pro E軟件中造型，再把 導(dǎo)葉導(dǎo)入 3D MAX中進(jìn)行建模。 導(dǎo)入的導(dǎo)葉 模型 如圖（ 28）所示 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 27 28 制作導(dǎo)葉帽的模型 ， 首先在 3D AMX界面的前視圖中 勾畫出導(dǎo)葉帽的剖視圖如圖（ 29）所示，再運(yùn)用車削修改器 ，調(diào)整車削方向和車削相對(duì)的軸，如圖（ 210）所示。 29 210 車削修改器調(diào)整完之后，導(dǎo)葉帽的模型制作