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引言
電磁流量計基于電磁感應(yīng)原理，利用導(dǎo)電流體經(jīng)過電磁外加磁場時產(chǎn)生電動勢來測量導(dǎo)電流體的流量。電磁流量計是一種常見的檢測流量的傳感器，具有成本低、測量范圍大和精度高等優(yōu)點，因此在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課ｆｅ專業(yè)頭踐性強(qiáng)，因此在教學(xué)過程中要求理論與實踐結(jié)合。課堂教學(xué)教師想攜帶實物但礙于傳感器體積笨重，想讓學(xué)生親眼看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)但現(xiàn)場拆解耽誤時間影響教學(xué)，導(dǎo)致了學(xué)生只聽原理不見實物造成學(xué)習(xí)興趣差效率低的現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)前課堂講解的方式主要有兩種：（１）教師口述；（２）Ｆｌａｓｈ動畫演示并結(jié)合講解?？谑鱿鄬Τ橄螅∠蟛簧羁?，記憶效果差。動畫演示，便于理解原理，但和實際偏差大。
針對上述問題，通過采用三維可視化技術(shù)，以電磁流量計為研究對象，設(shè)計了畫面逼真、聲音清晰和使用簡便的電磁流量計三維仿真系統(tǒng)。
?。毕到y(tǒng)開發(fā)軟件
1.1建模軟件
３ＤＳＭａｘ具有對ＰＣ配置要求低，安裝插件方便，角色動畫制作能力強(qiáng)和建模步驟可堆疊的優(yōu)點，因此選擇３ＤｓＭａｘ作為建模工具。建模是三維可視的第一步，模型的好壞直接影響最終的表現(xiàn)效果。為保證模型的精度和準(zhǔn)確度，在建模時應(yīng)注意：①保持模型的尺寸應(yīng)與電磁流量計的實際尺寸一致；②保持模型的基點與３ＤＭａｘ場景中的中心一致；③模型應(yīng)抓住電磁流量計的主體輪廓，盡可能減少面數(shù)，以減少計算數(shù)據(jù)量。
1.2視頻編輯軟件
?。粒洌铮猓澹校颍澹恚椋澹颍迨且豢顚I(yè)非線性視頻編輯軟件，操作簡便，特技眾多，廣泛用于廣告制作、影視剪輯和動畫制作等領(lǐng)域，具有良好的兼容性，可以和Ａｄｏｂｅ推出的其他軟件配合使用［３］。為保證視頻編輯質(zhì)量，在編輯時應(yīng)注意：①選擇合適的編輯軟件；②盡量搜集足夠的素材；③少使用長鏡頭，切換鏡頭間隔１５ｓ左右；④注意保存的尺寸和格式。
１．３輔助軟件
模型制作需要貼圖，圖片來源于現(xiàn)場拍攝，但是受限于時間和光照等因素的影響，在貼圖之前需要對閣像進(jìn)行光照、色度調(diào)整，同時取景時摻雜地面和試驗臺背景等因素，需要利用“仿制圖章”工具進(jìn)行修復(fù)。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是一款專業(yè)的圖像處理軟件，功能強(qiáng)大，廣泛應(yīng)用于平面設(shè)計、廣告制作、網(wǎng)頁制作和處理三維貼圖等領(lǐng)域。
２系統(tǒng)總體設(shè)計
維仿真系統(tǒng)由模型制作和動畫合成兩部分組成。模型制作包括建模、材質(zhì)貼圖、燈光攝影機(jī)、關(guān)鍵幀動畫和渲染。動畫合成包括腳本和字幕。系統(tǒng)設(shè)計流程如圖１所示。
?。ǎ保┠Ｐ椭谱鳌＂俳Ｊ侨S可視化的第一步，模型的好壞直接影響最終的表現(xiàn)效果。常用的建模方法有多邊形建模、ＮＵＲＢＳ建模、復(fù)合對象建模和網(wǎng)格建模等。多邊形建模是將對象轉(zhuǎn)化成可編輯的多邊形通過對該多邊形對象的多個子對象進(jìn)行編輯和修改來實現(xiàn)。ＮＵＫＢＳ建模，也稱曲線建模，在制作樣條線時可使用ＮＵＲＢＳ曲線，通過Ｌａｔｈｅ（車削）等修改器生成
基于ＮＵＲＢＳ曲線的３Ｄ曲面７。網(wǎng)格建模法采用“網(wǎng)格修改器”在頂點、邊、面三種子對象層級上編輯物體。在建模的過程中，往往針對同一個對象根據(jù)實際操作的需要采用多種建模方法來創(chuàng)建模型。模型能夠表現(xiàn)物體的外觀，但不能展示物體的表面效果。②材質(zhì)和貼圖能夠表現(xiàn)物體的表面紋理。常見的貼圖方法有位圖貼圖、噪波貼圖和棋盤格貼圖等。實際的貼圖之后還需要對圖片的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時需要用到ＵＶＷ貼圖坐標(biāo)修改器修改貼圖的位置和形態(tài)等。③燈光可以烘托場景氣氛，使場景更加逼真。場景攝影機(jī)提供用戶自定義視角，通過攝影機(jī)來全方位的觀察對象。④關(guān)鍵幀動畫。３丨）ｓＭａｘ中的動畫主要有關(guān)鍵幀動両、運動學(xué)、粒子動畫和ｒｅａｃｔｏｒ動力學(xué)４種類型，關(guān)鍵幀動＿是最基本的動畫類型。⑤渲染是將三維場景轉(zhuǎn)化為二維圖像來對場景中的各種效果進(jìn)行輸出。
?。ǎ玻﹦赢嫼铣?。①編寫文字腳本，然后采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作音頻。②字幕是將語音內(nèi)容以文字的形式顯示，幫助觀眾理解內(nèi)容。
?。诚到y(tǒng)開發(fā)過程
?。常蹦Ｐ椭谱?/p>
模型制作。建模是模型制作第一個環(huán)節(jié)，三維場景中所有要表現(xiàn)的內(nèi)容都要靠模型來體現(xiàn)，模型的精確與否直接影響到最終的表現(xiàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確。在建模之前要先分析建模對象，電磁流量計外殼主要由圓柱和長方體構(gòu)成，采用多邊形建模法較好。以螺栓模型為例，首先創(chuàng)建一個圓柱在修改器面板里設(shè)置高度、半徑，然后圖形中選擇樣條線找到多邊形，設(shè)置多邊形的邊數(shù)為６，半徑大于圓柱的半徑，將多邊形轉(zhuǎn)化為可編輯的多邊形，在修改器列表中找到擠出設(shè)置參數(shù)為封口類型勾選始端末端變形，輸出勾選網(wǎng)格。將平面六邊行轉(zhuǎn)化為可編輯的網(wǎng)格，在修改器列表中選擇選擇面擠出。將做好的六面體與圓柱進(jìn)行在XY軸平面內(nèi)對齊，在左視圖中調(diào)整六面體和圓柱上表面的位置，然后在命令面板中樣條線菜單下選擇螺旋線色設(shè)置半徑１和半徑２的大小、螺旋線的高度、圈數(shù)和偏移量，做好后將其繞在圓柱的周圍代表螺栓的螺紋。最后將圓柱體、六邊體和螺旋線打成組命名為螺栓，其余的四個相同的螺栓直接通過復(fù)制粘貼即可。
現(xiàn)場拍攝的銘牌照片受限于拍攝角度和環(huán)境摻雜實驗臺和健，面之前雜雜進(jìn)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中的裁剪工具和仿制圖章工具進(jìn)行修復(fù)，然后在命令板中調(diào)整圖像的亮度/對比度、色階和色彩平衡，出禮完成后保存為JPG格式以備貼圖。貼圖，首先將對像轉(zhuǎn)化為可編輯的多邊形，選擇可編輯多邊形狀態(tài)下選擇編輯層級為多邊形，然后選定貼圖的面，在修改器卷展欄下選擇UV坐標(biāo)最后選擇UVW貼圖。打開材質(zhì)編輯器找到貼圖將貼圖賦予材質(zhì)球，然后將材質(zhì)球指定給選定對象。初步貼圖后是不精確的，此時需要使用UVW貼圖坐標(biāo)修改器修改貼圖的位置和貼圖的大小。
燈光可以照亮場景，使場景中的對象產(chǎn)生陰影。為了使表難效果更加真實，需要給場景添加燈光。使用攝影棚機(jī)優(yōu)點是可以擺放在場景中任意位置，給用戶提供自定義的視角。在制作關(guān)鍵頓動畫時，采用目標(biāo)攝像機(jī)由遠(yuǎn)及近來觀察電磁流量計。為了全方位的觀察電磁流量計的外觀，需要在透視窗口下創(chuàng)建一架“自由攝像機(jī)”。
關(guān)鍵喊動畫就是指制作出幾個關(guān)鍵時間短的場景，然后中間的動畫由計算機(jī)來完成。在制作電磁流量計三維動畫的過程中，要注意物體和攝像機(jī)不能同時移動，否則輸出的序列幀中會產(chǎn)生“抖動”現(xiàn)象。
在３ＤｓＭａｘ中完成的場景稱為工程文件，只有對場景進(jìn)行渲染，才能將材質(zhì)、燈光及特效表現(xiàn)出來。“默認(rèn)掃描線渲染器”是３ＤＳＭａｘ最基本的渲染器，渲染速度快，可以將場景渲染成一系列的水平線，因此選擇掃描線渲染器。在渲染器輸出設(shè)置對話框中，公用選項欄勾選設(shè)置渲染幀的范圍，幀的編號，渲染區(qū)域選擇視圖，輸出大小為１２８０ｘ９６０。在默認(rèn)掃描線渲染器選項框下勾選貼圖、陰影和自動反射／折射和鏡像選項，過濾器選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項ｎｉ］。
?。常矂赢嫼铣桑崳?/p>
腳本制作。首先搜集電磁流量計資料，獲取電磁流量計的結(jié)構(gòu)、特點和原理等信息，制作文字腳本。然后采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ將文字腳本轉(zhuǎn)化為音頻腳本，ＷＡＶ音效好接近無損音樂格式，將音頻保存為ＷＡＶ格式。
?。校颍澹恚椋澹颍逦淖止ぞ咛峁┝藙?chuàng)建清晰生動文字所需要的各種功能，使用“字幕屬性”面板可以修改字幕的大小、字體，并且可以為文字創(chuàng)建陰影和浮雕效果。本文使用的小標(biāo)題的文字樣式選擇黑體，字號為３６點，屏下方自動樣式選擇黑體，字號為33點。
?。聪到y(tǒng)實現(xiàn)
圖5為電磁流量計三維仿真系統(tǒng)視頻播放組合。
?、沤Y(jié)構(gòu)。電磁流量計由轉(zhuǎn)換器、表體和連接桿等構(gòu)成。轉(zhuǎn)換器由電極、傳感器、信號放大電路、外圍電路、數(shù)據(jù)顯不模塊等構(gòu)成；表體和連接桿由轉(zhuǎn)換器外殼、支架連接桿、轉(zhuǎn)換器安全螺栓、表體機(jī)械結(jié)構(gòu)等組成。流量計的測量管是一種裝有一對測量電極的內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金短管，兩只電極沿管徑方向穿過管壁固定在測量管上。其電極頭與襯里內(nèi)表面基本齊平。
?。?）測量。由兩方波脈沖勵磁時，將在測量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通量密度為B的工作磁場。當(dāng)導(dǎo)電流體平均流速n（m/s）通過測量管，將切割磁力線感應(yīng)出電動勢瓦，其方向垂直于磁場和流體的方向。E正比于磁通量密度B測量管內(nèi)徑d與平均流速n的乘積。E正比于磁通密度B，測量管內(nèi)徑d與平均流速n的乘積。E（流量信號）由電極檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將流量信號放大處理后，可顯示流體流量，并能輸出脈沖，模擬電流等信號，用于流量的控制和調(diào)節(jié)。結(jié)合式（１）￣（３）可以推導(dǎo)出流量計算式（4）
E=κBDn ?。?）
Q=Sn ?。?）
S=pD2/4 ?。?）
Q=pED/（4κB） ?。?）
式中：κ為儀表常數(shù)；E為電極間信號電壓（V）；B為磁通密度（T）；D為測量管內(nèi)徑（m）；n為平均流速（m/s）；S為測量導(dǎo)管的橫截面積（m2）。
?。担壗Y(jié)語
采用三維可視化技術(shù)，以電磁流量計為研究對象開發(fā)的電磁流量計三維仿真系統(tǒng)解決了自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)中只聽原理不見實物，攜帶實物不便和現(xiàn)場拆解耽誤時間影響教學(xué)。系統(tǒng)具有畫面逼真。聲音清晰和使用簡便的優(yōu)點，能夠快速掌握電磁流量計結(jié)構(gòu)原理。
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