面进行边缘重叠，并通过融合技术显示出一个没有缝隙 更加明亮，超大，高分辨率的整幅画面，画面的效果就像是一台投影机投射的画面。当两台 或多台投影机组合投射一幅画面时，会有一部分影像重叠，边沿融合的最主要功能就是把 两台投影机重叠部分的灯光亮度逐渐调低，使整幅画面的亮度一致。
[0315] 其中几何矫正模块包括：所述几何矫正模块用于修正投射图像的几何形状，以保 证边沿融合控制能适应多种屏幕构型，优选为平面构型，柱面构型或球面构型，使投射到墓 上的画面无几何失真。所述几何矫正模块包括下述子模块：利用经炜定位模块和激光阵列 以点阵的方式对环形投影幕进行空间定位的模块；通过计算机的图形管程输出与环形投影 幕上空间激光点阵形成等间隔的标准网格的模块；通过智能相继采集投影图像并输入计算 机，并通过投影屏幕上的空间激光点阵与标准网格进行自动匹配从而得出投影仪图像与投 影屏幕对应关系的模块；利用上述对应关系实现对输出的图像进行非线性几何矫正的模 块。
[0316] 其中边缘融合模块包括：用于将图像分割成若干规则图形的图像分割模块，以使 若干规则图形分别由三个投影机进行投影，其中分割为若干规则图形的相邻图形边缘相互 重叠部分图形的宽度为对应尺寸的5%以内，相邻图形边缘相互重叠图形同时出现在分割 后的相邻图形的边缘；用于在整个图像上布置纵横交错的经线和炜线的经炜定位模块，其 使在每个规则图形中的经线和炜线的颜色互不相同，并利用三个投影机将分割后的若干规 则图形进行投影，调节投影机使相邻图形边缘相互重叠图形内的经线，炜线完成重叠；灰度 调节模块，调节不同投影机的亮度Alpha值为100%的白色图像，通过灰度感光摄像头对非 重叠图形部分进行感光信号采集，设置其灰度为α，将相邻图形边缘相互重叠图形的亮度 下调，直到重叠灰度β和非重叠图形的灰度相等或误差小于0.5%，再将不同的投影机一 并进行投影；
[0317] 其中颜色矫正模块包括：使用智能相机测量出不同投影仪在投射相同亮度颜色时 所产生的实际亮度的模块，对不同亮度下拍摄的照片进行处理以得出每台投影仪的颜色映 射关系的模块；在每台投影仪投影显示前，设置不同屏幕的color表，产生颜色值的映射以 使不同投影仪投射出的同一种颜色尽量相似的模块。
[0318] 其中，上述投影机为高分辨率投影机，上述工程环形投影幕可以为LED环形投影
[0319] 陆地钻机安装操作模拟系统还可以对事故及复杂情况进行模拟，主要模拟钻井过 程中常见的故障及复杂情况。主控计算机产生事故，要求培训学员通过模拟器反应出的现 象判断事故类型，并正确处理事故。主要模拟的事故有：粘附卡钻模拟流程、沉砂卡钻模拟 流程、泥包卡钻模拟流程、公锥打捞模拟流程、落物磨铣模拟流程。其工艺流程如图20至图 24所示。
[0320] 根据上述陆地钻机安装操作模拟系统的主要部件，其三维动画模型的生成方法如 下：
[0321] 第一步，素材采集，前期在钻机安装工地现场进行视屏及照片素材的采集，钻机实 际安装的每个步骤都通过摄像机进行全程拍摄；
[0322] 第二步，建模，通过采集到的素材进行3D建模工作；模型的尺寸完全按照实际钻 机物件的尺寸等比例制作；为了确保动画质量，对模型进行细化；
[0323] 第三步，模型动作，3D模型制作完成后，根据安装步骤及流程，开始进行3D模型的 动作调整工作，从第一步画基线图开始，之后每一个物件的安装包括吊车的动作调整，物件 安装到位的动画以及上销子的动作调整；
[0324] 第四步，模型贴图及材质，模型的贴图及材质完全按照真实钻机的光泽与色彩制 作，保证动画中每个物件都与实际情况相同，然后将这些材质赋予已经建好的模型；
[0325] 第五步，背景设置，动画中钻机安装地点选择在荒漠进行，所以选用了低矮的岩石 及沙漠作为背景；第六步，灯光设置，为了模拟真实环境下的光照，让整个钻机安装场景的 光影效果更加真实，在整个场景中制作了上百展的灯光整列，用来模拟天空的光照及太阳 的照射；
[0326] 第七步，镜头设置，镜头对准的位置既为动画展现到屏幕上的部分，为了保证看清 每个部件的安装过程，镜头设置为对准正在安装的部件，上销子等细小的物体时，镜头拉近 给予特写；
[0327] 第八步，整合，在完成素材采集，建模，模型动作，模型贴图及材质，背景设置，灯光 设置，镜头设置之后，将整个场景整合到一起，既包括从画基线开始，每一个部件的安装，到 最后底座的起升完毕的全过程；
[0328] 第九步，渲染，将整合好的场景根据设置好的镜头开始渲染成图片，一秒钟的动画 设置为25张图片，图片分辨率设置为2560X768 ;渲染机为60台服务器组成的渲染农场，通 过24小时不间断的渲染，耗时45天渲染完毕，总计渲染高精细图片192000张；
[0329] 第十步，配音、背景音乐及音效，配音聘请专业配音演员进行录制，包括每一步安 装步骤及井架起升时的解说，背景音乐配合不同的安装步骤，选用不同调子的背景音乐；并 在部件吊装到位，大锤敲销子等位置配以相应的音效；
[0330] 第十一步，后期合成，将渲染好的192000张图片导入合成机，合成完整的视屏动 画，添加解说的中英文字幕，并将配音，背景音乐及音效同时合成到视频中；为了保证质量， 合成后输出的视频格式为无压缩的avi文件，整个文件为I. 3TB ;
[0331] 第十二步，转压为发布格式，为了方便播放，需要将I. 3TB大的原始视频文件转 压；设置为32000Kbps码率，WMV8格式，编码器为FFmpeg ;转压之后的最终文件为29G ;播放 流畅，画质得到最大程度的保护。
【主权项】
1. 一种陆地钻机安装操作模拟系统的环幕投影显示系统，陆地钻机安装操作模拟系统 包括：司钻操作台、钻机模型、教师操作台及三通道环幕投影显示系统；其中， 司钻操作台包括机箱和内部控制板，所述的机箱的正面设有司钻操作台正面控制面 板，机箱的一个侧面设有司钻操作台侧面控制面板，机箱的另一个侧面设有顶驱机械控制 面板以及缓冲液缸的控制面板；其中在司钻操作台正面控制面板上设置有电源按钮、开机 按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻 尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开 关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关；还包 括显示表组，其中所述显示表组包括气源压力表、冷却水压表、绞车油压表、转盘油压表、转 盘扭矩表、栗压表、大钳扭矩表、左钳扭矩表、右钳扭矩表、安全钳压力表、猫头压力表、钻井 扭矩表、转速表、转盘电流表、锁档压力表以及过卷压力表；司钻操作台侧面控制面板上设 置指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开关、电磁涡流刹车 开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆栗开关、2号泥浆栗开关、3号泥 浆栗开关、低压报警器开关； 司钻操作台的内部控制板包括司钻操作台CPU模块通过A/D模块分别与电源按钮、开 机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力 阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制 开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关连 接，通过PLC的开关量输入端口分别与指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急 停按钮、PLC/旁路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1 号泥浆栗开关、2号泥浆栗开关、3号泥浆栗开关、低压报警器开关进行连接；通过PLC采集 司钻操作台上的各个开关，旋钮状态以模拟绞车的升降控制，转盘的转速控制，泥浆栗的调 速控制；同时采集绞车离合器位置、绞车档位、转盘离合器位置、转盘档位、栗调节器位置、 柴油机功率调节器位置；监测悬重、钻压、钻机气源压力、泥浆密度、泥浆粘度以及泥浆失水 参数，通过PLC的控制使得司钻操作台实现对井架/底座的起升控制、对钻盘的转速控制以 及对泥浆栗的调速控制； 其中顶驱机械控制面板上设置有急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮、吊环回转 选择开关、内防喷器开关、液压栗开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开关、刹 车选择开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向选择开 关；缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/ 缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的CPU模块通过A/D模块分别与急停按钮、 吊环中位按钮、复位/静音按钮连接，通过PLC的开关量输入端口分别与吊环回转选择开 关、内防喷器开关、液压栗开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开关、刹车选择 开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向选择开关进行 连接以实现对顶驱进行控制； 其中缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸 出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的CPU模块通过A/D模块分别与左右液 缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄连接以对缓冲液缸进行控 制； 钻机模型包括井架模型和底座模型，井架模型包括井架和井架核心控制机；其中井架 为前开口型井架，由井架主体、人字架及附件组成；底座模型包括底座和底座核心控制机， 其中底座主要由底座主体、起升装置、液压缓冲装置组成，底座采用平行四边形机构的运动 原理，从而实现了高台面设备的低位安装； 三通道环幕投影显示系统包括：投影机、工程环形投影幕和图像融合机；其中所述投 影机为三台正投投影机，所述三台正投投影机、工程环形投影幕和图像融合机形成边缘融 合投影系统；图像融合机中包括有几何矫正模块、边缘融合模块、颜色校正模块；其中图像 融合机将图形计算机产生的图像信息分配给三台正投投影机，并进行边缘融合；所述边缘 融合技术就是将一组投影机投射出的画面进行边缘重叠，并通过融合技术显示出一个没有 缝隙、明亮，超大、超高分辨率的整幅画面，画面的效果如同是一台投影机投射的画面；当两 台或多台投影机组合投射一幅画面时，会有一部分影像重叠，边缘融合就是把两台投影机 重叠部分的灯光亮度逐渐调低，使整幅画面的亮度一致； 其中几何矫正模块包括：所述几何矫正模块用于修正投射图像的几何形状，以保证边 缘融合控制能适应多种屏幕构型，为平面构型，柱面构型或球面构型，使投射到幕上的画面 无几何失真；所述几何矫正模块包括下述子模块：利用经炜定位模块和激光阵列以点阵的 方式对环形投影幕进行空间定位的模块； 三通道环幕投影显示系统包括：投影机、工程环形投影幕和图像融合机；其中所述投 影机为三台正投投影机，所述三台正投投影机、工程环形投影幕和图像融合机形成边缘融 合投影系统；图像融合机中包括有几何矫正模块、边缘融合模块、颜色校正模块；其中图像 融合机将图像信息分配给三台投影仪，并进行边缘融合。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有自主知识产权的用于一种陆地钻机安装操作模拟系统的环幕投影显示系统及其系统构成各部分，其基于计算机仿真技术并参照钻井作业现场的实际操作流程，对ZJ70D陆地钻机的钻进工艺过程进行逼真模拟，用于钻井现场操作员的技术技能培训，增强了教学培训真实感和效率，缩短了培训周期，提高了培训效果，降低了培训成本。
【IPC分类】G09B25/02
【公开号】CN204965889
【申请号】CN201520044753
【发明人】崔凯, 欧阳霆, 薛晓虎, 王瑞, 葛凯, 李静, 姜华, 马俊斌, 常玉敏, 杨振华
【申请人】中国石油技术开发公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年1月22日