为特殊情况下显示的物体，第5列为特殊情 况下消失的物体，第6列为GROUP中的正确答案，第7列为步骤数，还包括收到数据后用Row Search找出该编号的对应行然后GetRow该行提取出第2列数据（group)进行show/HIDE操作。当选中了参考物体后，从阵列中提取正确答案名称（第6列中的数据），判断二者之 间是否相等。如果相等：从阵列中提取第2列数据进行隐藏操作，然后show出第3列。（也 就是物体本身），根据情况处理第4列和第5列数据，并发送第7列中的编号到3号环幕程 序；如果不相等，弹出对话框，提示用户选择错误（可以用delayer进行2秒延迟消失）。
[0362] 在装配展示模块中，同样需要制作一个阵列，阵列第一列为物体编号。第二列为 物体相应装配动画。第三列为动画最后帧数的图片。收到数据后用RowSearch找出该编 号的对应行然后GetRow该行提取出第2列数据动画。第一步取出相应动画后利用video player播放动画，当动画播放完毕后利用CustomPacketsender发送数据给顺序选择模 块，这里不需要发送编号，只发送分数和一个标记，当顺序选择模块接收后更新分数以及激 活确定按钮。优选地，在装配展示模块中还包括有起落井架底座模块，该模块包括起升动 画模块、液压缓冲油缸模块以及作业状态功能显示模块；其中作业状态功能显示模块利用 UDP来接收需显示的作业概述信息，通过标记分割符来进行换行处理判断，最后用2D图片 的展示方式在屏幕中显示相应的文字信息；起升动画模块运用可控动画，通过3DSMAX导出 井架底座的起升下放动画。在VIRT00LS中对动画进行帧数播放控制，将主控部分传输过来 的数据进行处理，转化为对应的动画帧数后对模型进行对应变化操作；液压缓冲油缸模块 在环幕上设立2个小窗口来作为当前状态的展示，分别表示左液缸和右液缸，通过判断作 业号的信息来判断小窗口中是显示井架部分还是底座部分的液压缓冲油缸，该模块利用一 个顶点3DFRAME来和液压缸进行距离判断，以方便测量液压缸已经伸出的距离，来判断当 前是否还可进行位移操作。通过把井架或底座设置成移动障碍物，把液压缓冲油缸设置成 固定障碍物，利用碰撞检测的相关程序来进行碰撞判断，如达到事故相关要求则播放相应 的事故动画。
[0363] 本申请还涉及陆地钻机操作说明书的演示系统和方法，其中所述陆地钻机操作说 明书的演示系统包括井场整体演示模块和内部结构演示模块；其中井场整体演示模块以安 装顺序编号介绍井场上的各个部件，并由底座构成演示模块、井架构成演示模块以及灌区 演示模块三部分构成，通过多级索引的方式组织，其中通过上述演示模块，可将每个部件通 过两个视图进行演示：全局视图和局部视图，全局视图展示部件在整个井场中的位置，局部 视图为该部件的大图，展示该部件的具体形象和参数。而内部结构演示模块则展示转盘、绞 车和泥浆泵三大重要又相对复杂的部件的内部结构，展示通过爆炸图方式，将各个部件的 重要内部零件的形态、位置、功能做说明，从而让用户了解其基本工作机理。
[0364] 本申请还涉及陆地钻机三维动画的生成方法，其中所述陆地钻机三维动画包括底 座，井架及灌区的安装，井架及底座的起升，其中包含198个部件每一步的详细安装过程， 以及井架及底座的起升过程，注意事项及事故动画。通过观看动画可以快速清楚的了解整 个陆地钻机安装起升的全过程。
[0365] 上述三维动画的生成方法包括如下步骤：
[0366] 1.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，对现场设备的零部件进行三个方向拍照，收集 所有设备的外形数据。
[0367] 2.建模；通过采集到的素材进行建模工作。前期3D建模工具为3Dsmax，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，模型从3DsmaX导入MAYA进行细化。模型包括钻台、井场和环境，钻台部分包括：井架、绞车、顶驱、大钩、猫头、立管 管汇、液压大钳、旋扣钳、油管钳、节流控制箱、立杆盒、井架房间、安全卡瓦、钻杆、油管、方 钻杆、短接、钻铤、考克、吊卡、单向阀、卡瓦、司控房；井场部分包括：发电机组系统、泥浆 泵、泥浆池、节流管汇、分离器、远程控制台；环境部分包括：井场自然环境模拟以及人物模 型。其中钻台部分和井场部分通过几何建模的方式进行建模，具体为通过层次建模法进行 建模，其利用属性结构来表示物体的各部分组成，较高层次构建的运动势必改变较低层次 构建的空间位置。例如：钻井平台上的动力钳，它由动力钳的主体、转盘、气压阀部件构成。 在执行上扣操作时，动力钳的主体向前运动，转盘与之同时向前运动并旋转。自然环境模拟 以及人物模型则通过人物建模的方式进行建模，人物建模首先需要建立人物模型，包括人 物的皮肤贴图，人物身体模型的建立。在人物身体模型建立后，使用Photoshop为人物制作 皮肤贴图，人物建模完成后，为人物建立骨骼，并给每块骨骼分配权重，以决定皮肤受骨骼 运动的影响程度。根据图形程序的需要，为平台上的人物角色制作骨骼动画，例如：上卸猫 头、上卸卡瓦动作，并保存为能够读取并单独控制的格式。
[0368] 3.模型动作；3D模型制作完成后，根据实际钻机安装操作规程，确认了安装步骤 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。
[0369] 4.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。
[0370] 5.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。
[0371] 6.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。
[0372] 7.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，上销子细小的物体时，镜头拉近给予特 写。
[0373] 8.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。
[0374] 9.渲染；将整合好的场景根据设置好的镜头开始渲染成图片，一秒钟的动画优选 设置为25张图片，图片分辨率优选设置为2560X768。
[0375] 10.配音，背景音乐及音效；配音包括每一步安装步骤及井架起升时的解说，背景 音乐在安装过程中选用轻快的节奏而在起升时改为激昂。并在部件吊装到位，大锤敲销子 位置配以相应的音效。
[0376] 11.后期合成；后期合成软件优选选用nuke，将渲染好的图片导入之后合成完整 的视屏动画，通过nuke在视频下方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，以完成整个陆地钻机的三维动画的生成工作。
[0377] 本申请还涉及一种陆地钻机工艺动画的控制方法。其中在完成规定工艺作业的过 程中，司钻控制台做出的每一个动作都将转换成数字信号传递给主控机，再由主控机发送 协议数据给图形程序，图形程序得到参数后，做出具体反映。在图形机上体现出钻台上各种 控制系统的运动参数、具体动作、视图选择优选为包括上视角、井下视角、防喷器视角、多视 图显示；上述控制方法包括如下步骤：1.模型动画步骤：通过从数据协议中读取出来的移 动或者旋转数据，给予对应物体的脚本，物体根据得到的速度或命令进行移动旋转指令。当 没有得到当前移动速度或命令时，动画停止，等待主控机发送的消息；2.人物动画步骤：虚 拟人的行为分为确定性行为和非确定性行为。对于复杂行为，需要根据场上不同的状态由 认知层决定采取不同的动作序列。主控机发出指令，通过数据协议UDP传输，VIRTOOLS进 行解读，解读命令后播放事先做好的一系列相对应的人物动画，动画播放完毕前不再接收 任何动作指令，不可打断动画。3.碰撞处理的步骤：在使用3DMAX建模时，除了模型本身外 还需要建立专门用于碰撞的隐形障碍物，因为模型本身都是一些不规则的多边形，如果直 接拿模型本身当作碰撞物的话会因为模型的不规则发生一些BUG，所以我们用MAX来建立 一些专门的碰撞体BOX，这些BOX会围绕在不可穿越的物体周围，把这些BOX选中后进行一 个编组建立一个GROUP，以完成碰撞处理。
[0378] 本申请还涉及一种陆地钻机工艺动画的特效渲染方法。其中该特效渲染方法包括 以下步骤：（1)添加粒子效果的步骤：粒子效果可用来模拟液体喷涌，火焰效果。根据不同 的需要分成点粒子，面粒子，线粒子这些不同的效果，如模仿液体喷涌的点粒子效果，就在 需要在液体喷涌的地方加入一个3DFrame，3DFrame的Z坐标轴对应需要喷射的方向，为 其添加点粒子脚本（PointParticleSystem)，在Photoshop里绘制出某个粒子的单个粒子 贴图，在BB里制定该贴图，通过修改BB中的一些关键参数，来实现液体喷射的效果。
[0379] (2)添加贴图流动的步骤；贴图流动可以模仿天空的云雾流动，水流模拟效果，通 过对该物体的MESH层创建脚本（TextureScroller)，制定相应的流动贴图，设置速度以及 流动方向，一个水流效果就制作完成。
[0380] (3)二维序列图片播放的步骤；序列图片播放可以模仿多种连续性效果，如火焰， 水流，血液各种特效，通过视频软件渲染一组连续的火焰效果图片导入VIRT00S中，通过使 用MOVIEPLAYER行为模组对序列图片进行连续播放，可以展现出多种微观物体的连续运 动。
[0381] (4)添加贴图特效的步骤：通过贴图的设置可以完成混合贴图，一些特殊材质模 拟，凹凸贴图的效果，对物体的材质进行编辑，在Effect中进行所需要的一些效果选择；通 过上述步骤，实现对钻机工艺动画的特效植染。
【主权项】
1. 一种陆地钻机安装操作模拟系统的前端司钻操作台，它包括机箱和内部控制板，所 述的机箱的正面设有司钻台正面控制面板，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、泵压表、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号泥浆泵开关、2号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关； 前端司钻操作台的内部控制板包括前端操作台第一可编程控制器PLCl和第二可编程 控制器PLC2,上述可编程控制器PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议进行通信，其 中第一可编程控制器PLCl的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号泥浆泵开关、2 号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、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，泥浆泵的调速控制；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、泵调节器位置、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、泥浆黏度以及泥浆失水这些参数，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 泵的调速控制； 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、液压泵开关、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；其中前端操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC2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、液压泵开关、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；其中前端操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC2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。
【专利摘要】本发明公开了一种具有自主知识产权的用于陆地钻机安装操作模拟系统的前端司钻操作台，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，增强了教学培训的可视性和浸入感，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】CN104933945
【申请号】CN201510035507
【发明人】毕跃明, 戴树涛, 张远生, 刘军平, 钟安武, 关喆, 王慧, 龚捷, 周海波, 王涛
【申请人】中国石油技术开发公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年1月22日