专利名称：三维可视化仿真培训系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种水利电力工程三维可视化仿真培训系统的开发方法，属于计算机辅助设计及工业设计领域。
背景技术：
依靠先进的多媒体技术，利用三维仿真建模软件、动画制作软件及辅助软件创建三维可视化仿真培训系统能有效调动培训对象的视觉、听觉等多种感知器官参与感知活动，有助于对培训内容的理解和接受。交互式3D建构技术实现系统在模型的实时编辑环境中与培训对象互动，学员可自主选择学习内容和难易程度，为培训对象发挥积极性、获得有效认知创造良好条件。传统的培训方式分为常规培训和计算机平面仿真培训两种，由于学员缺乏直观认知和现场实习的局限性，培训周期较长，而且效果一般，通用性不强，不利于学员对培训内容的持久记忆与理解掌握。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的培训系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的三维可视化仿真培训系统及其方法，所要解决的技术问题是使其通用性强，培训周期短， 交互界面友好，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的三维可视化仿真培训系统，包括
数据库模块，用于提供设备的检修数据库；
设备模型模块，用于提供与数据库模块中对应设备的3D模型结构以及剖视动画的结
构；
运行仿真模块，用于演示对应设备的启停及运行过程的内容；
检修仿真模块，用于演示设备拆卸和检修工艺内容；
考核系统模块，用于对学员受训后评测以及自主仿真练习的考核系统模块。前述的三维可视化仿真培训系统，其中，所述数据库模块采用文本、实体照片和图形图像的素材形式对设备技术参数、结构特点以及专业基础知识，检修工艺、材料和工具的内容进行系统介绍。前述的三维可视化仿真培训系统，其中，所述设备模型模块采用文本、3D模型、三维动画的素材形式仿真展示主设备、辅助设备及金属结构设备。前述的三维可视化仿真培训系统，其中，所述运行仿真模块采用三维动画、注解字幕和配音的素材形式对设备模型模块的启停、运行操作过程的内容进行可视化仿真。前述的三维可视化仿真培训系统，其中，所述检修仿真模块采用三维动画、注解字幕和配音的素材形式对设备拆卸和检修工艺、工序、质量标准的内容进行可视化仿真。前述的三维可视化仿真培训系统，其中，所述考核系统模块采用文本、3D模型、交互动画的素材形式对受训员工进行培训评测并提供交互式仿真练习功能。
前述的三维可视化仿真培训系统，其中，所述数据库模块、设备模型模块、运行仿真模块、检修仿真模块和考核系统模块与生产管理系统相通信。一种三维可视化仿真培训方法，包括以下步骤
1)、建立数据库模块，以水电站、火电站和水利工程单位运行检修培训资料为基础，结合培训专家的经验，对培训内容的文字信息和图片素材以及相关工程概况进行系统收集、 归类与整理；
2)、根据培训方机电设备、机电检修以及运行规程的具体情况，运行仿真模块，设计并执行和检修仿真模块的培训方案；
3)、利用VC++编程语言以及三维交互式动画软件设计考核系统模块，编辑人机交互式界面，结合数据库模块导入评测训练题，并通过数据库模块选调零部件模型让使用者能够自主拆装和检修设备，以此实现仿真训练。本发明三维可视化仿真培训系统的工作过程为
通过三维可视化仿真培训系统的设计开发。首先对培训内容的素材进行系统收集并归类整理，然后利用文字、图片、语音、动画、视频等多媒体形式，以三维可视化仿真培训为目的，研究并开发所需培训内容的三维可视化表现其中，数据库模块采用多媒体编辑技术， 将文本、图形和图像的素材链接与集成，设备模型模块主要对设备3D仿真建模并辅以文本介绍和剖视动画。检修仿真模块和运行仿真模块以三维动画为主要培训方式，注解字幕和配音同步讲解，为检修运行规程的3D全面展示。考核系统充分利用数据库技术和三维交互建构软件，不仅用微机评测取代传统的书本练习，还能让使用者以操控实时动画的形式自主完成训练。最后，该系统可与现有的生产管理系统进行通信，实现数据信息交换，以达到数字化仿真培训的要求。本发明具有培训效率高、培训成本低、交互界面友好、适用面广等优点。
图1是本发明三维可视化仿真培训系统的流程示意图。
具体实施例方式为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步的介绍。如图1所示，一种三维可视化仿真培训系统，包括数据库模块、设备模型模块、运行仿真模块、检修仿真模块和考核系统模块。其中，
数据库模块，用于提供设备的检修数据库，采用文本、实体照片和图形图像的素材形式对专业基础知识，检修工艺、材料和工具的内容进行系统介绍。设备模型模块，用于提供与数据库模块中对应设备的3D模型结构以及剖视动画的结构，采用文本、3D模型、三维动画的素材形式仿真展示主设备、辅助设备及金属结构设备。运行仿真模块，用于演示对应设备的启停及运行操作过程的内容，采用三维动画、 注解字幕和配音的素材形式对设备模型模块的启停、运行操作过程的内容进行可视化仿
检修仿真模块，用于演示设备拆卸和检修工艺内容，采用三维动画、注解字幕和配音的素材形式对设备拆卸和检修工艺、工序、质量标准的内容进行可视化仿真。考核系统模块，用于对学员受训后评测以及自主仿真练习的考核系统模块，
采用文本、3D模型、交互动画的素材形式对受训员工进行培训评测并提供交互式仿真练习功能。数据库模块、设备模型模块、运行仿真模块、检修仿真模块和考核系统模块与生产管理系统相通信，生产管理系统包括设备传感器、生产办公系统、信息管理系统和数据库。一种三维可视化仿真培训方法，包括以下步骤
1)、建立数据库模块，以水电站、火电站和水利工程单位运行检修培训资料为基础，结合培训专家的经验，对培训内容的文字信息和图片素材以及相关工程概况进行系统收集、 归类与整理；
2)、根据培训方机电设备、机电检修以及运行规程的具体情况，运行仿真模块，设计并执行和检修仿真模块的培训方案；
3)、利用VC++编程语言以及三维交互式动画软件设计考核系统模块，编辑人机交互式界面，结合数据库模块导入评测训练题，并通过数据库模块选调零部件模型让使用者能够自主拆装和检修设备，以此实现仿真训练。由纸质培训资料转变为三维仿真培训系统的开发难点是针对培训内容完成大量建模工作，然后对这些模型进行动画设计，以文字、配音与动画有机结合进行描述，各模型的色彩协调，确保受训对象长时间学习不至于视觉疲劳。此外，三维可视化仿真培训系统涉及数百个动画，如何将各动画有机结合进行编辑、整合，以方便受训者调用，需要多种专门的多媒体编辑软件相互配合来实施，这也是开发培训系统所要解决的关键问题。以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种三维可视化仿真培训系统，其特征在于，包括 数据库模块，用于提供设备的检修数据库；设备模型模块，用于提供与数据库模块中对应设备的3D模型结构以及剖视动画的结构；运行仿真模块，用于演示对应设备的启停及运行操作过程的内容； 检修仿真模块，用于演示设备拆卸和检修工艺、工序及质量标准的内容； 考核系统模块，用于对学员受训后评测以及自主仿真练习的考核系统模块。
2.根据权利要求1所述的三维可视化仿真培训系统，其特征在于，所述数据库模块采用文本、实体照片和图形图像的素材形式对设备技术参数、结构特点以及专业基础知识、检修工艺、材料和工具的内容进行系统介绍。
3.根据权利要求1所述的三维可视化仿真培训系统，其特征在于，所述设备模型模块采用文本、3D模型、三维动画的素材形式仿真展示主设备、辅助设备及金属结构设备。
4.根据权利要求1所述的三维可视化仿真培训系统，其特征在于，所述运行仿真模块采用三维动画、注解字幕和配音的素材形式对设备模型模块的启停、运行操作过程的内容进行可视化仿真。
5.根据权利要求1所述的三维可视化仿真培训系统，其特征在于，所述检修仿真模块采用三维动画、注解字幕和配音的素材形式对设备拆卸和检修工艺的内容进行可视化仿真。
6.根据权利要求1所述的三维可视化仿真培训系统，其特征在于，所述考核系统模块采用文本、3D模型、交互动画的素材形式对受训员工进行培训评测并提供交互式仿真练习功能。
7.根据权利要求1所述的三维可视化仿真培训系统，其特征在于，所述数据库模块、设备模型模块、运行仿真模块、检修仿真模块和考核系统模块与生产管理系统相通信。
8.—种三维可视化仿真培训方法，其特征在于，包括以下步骤1)、建立数据库模块，以水电站、火电站和水利工程单位运行检修培训资料为基础，结合培训专家的经验，对培训内容的文字信息和图片素材以及相关工程概况进行系统收集、 归类与整理；2)、根据培训方机电设备、机电检修以及运行规程的具体情况，运行仿真模块，设计并执行和检修仿真模块的培训方案；3)、利用VC++编程语言以及三维交互式动画软件设计考核系统模块，编辑人机交互式界面，结合数据库模块导入评测训练题，并通过数据库模块选调零部件模型让使用者能够自主拆装和检修设备，以此实现仿真训练。
全文摘要
本发明公开了一种三维可视化仿真培训系统及其方法，用于水力发电、火力发电、水利工程等员工在设备运行与检修方面的专业培训，包括数据库模块、设备模型模块、运行仿真模块、检修仿真模块和考核系统模块，结合先进的多媒体仿真技术为工程运行和检修人员及其管理人员提供全方位多层次的系统培训，具有培训效率高、适用面广、培训成本低等优点，可与现有的生产管理系统相联通并进行数据信息交换，也是真正意义的数字化实用培训系统。
文档编号G09B9/00GK102360535SQ20111032956
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者周椿浩, 李龙华, 蔡伟 申请人:河海大学常州校区