視景仿真技術在油田井下作業中的應用探析

劉洪山 唐致彥 王云峰（青海油田井下作業公司 青海省海西州茫崖鎮 816400）

當前，視景仿真技術已經受到了越來越多的人關注，其除了在科技、軍事領域中得到了良好的應用，同時，在企業領域中也受到了人們的大力追捧。油田井下作業過程中實施視景仿真系統能夠針對使用的機械設備做相關的虛擬裝配，準確仿真井下采油工藝的全程，從而確保工程工藝的科學合理評價與整改。本文首先論述了視景仿真的特征及其核心技術，其次，對視景仿真技術在油田井下作業中的應用進行了一番探析。

一、視景仿真特征及其核心技術

1、特征

首先，具有多感知性性質，這里所說的多感知不僅涵蓋了一般計算機技術的所有視覺感知，而且，還包括了聽覺感知、力覺感知、運動感知、觸覺感知等。最佳的視景仿真技術應具備全部的感知功能。由于受到了有關技術，尤其是傳感技術的約束，現代視景仿真技術擁有的感知功能只涵蓋了視覺、聽覺、立覺等幾種。其次，具有臨場感性質；指的是用戶切身的體會到作為主角在于模擬環境中的真實度。成功的模擬環境應是用戶真假難辨的，讓用戶集中精力走進由計算機創建的三維虛擬環境中，在該環境中所看到和聽到的事物都感覺非常的真，就好像是在現實生活中一樣。另外，具有交互性性質；主要指的是用戶對模擬環境內物體的可操作程度以及從環境角度獲取反饋的自然程度（涵蓋實時性）。比如，用戶能夠直接用手隨意的抓取模擬環境中看到的虛擬的物體，用戶的手會產生拿東西的感覺，同時，還能獲悉物體的大概重量。再有，具有構想性性質；要求視景仿真技術要不斷擴大可想象空間，進一步延伸人們的認知領域，除了要展現真實的環境外，還應無條件的構想客觀不存在或者發生幾率很小的環境。

2、核心技術

（1）實施三維計算機圖形技術；通過計算機模型構建圖形圖像并非難事，倘若模型準確合理，且時間充足，那么，就能夠呈現出各類光照條件下各物體的精確圖像。

（2）觸覺與力覺反饋；用戶能夠在一個VR系統中看到虛擬的杯子，可設法將其抓住，但手不會產生接觸杯子的感覺，同時，還一定程度上會穿過虛擬杯子的“表面”，這是我們現實生活中永遠做不到的。處理此問題使用最多的裝置主要是在手套內存設置部分相應的能振動的觸點以模擬觸覺。

（3）語音輸入輸出；其在VR系統中同樣重要。所以，明確指出虛擬環境要聽懂人的語言，同時，和人進行良好的交互。但計算機在識別人的語音時還具有一定的困難性，這主要是因為語音信號和自然語言信號存在多邊性與復雜性特征。比如，在連續語音中詞和詞間并無什么明顯的停頓，相同的詞、字的發音會不同程度上被前后詞、字所影響，不僅不同人說同一詞會有所不同，而且，同一人的發音上會在心理、生理乃至環境的影響下表現出不同。

二、對視景仿真技術在油田井下作業中的應用

1、場景建模

油田井下作業視景仿真系統需一個高效的仿真支撐軟件，充分利用MultiGen Creator這一三維建模軟件來實施視景仿真建模。該軟件的逼真度非常高，是最為理想的一種實施三維建模工具，其地形數據庫規模大、拓撲結構具有一定的復雜性，運載工具類型較多，模型可實現分布式驅動，關于模型的實時渲染運行主要以各種圖像格式為主，我們可以從諸多的三維視點上對模型進行認真觀看。本系統建模具體涵蓋了井場地面設施建模、井下作業工具建模以及基礎管柱建模等。筆者主要從多流測試器角度出發，對三維實體模型具體的構建過程進行了全面分析。多流測試器在測試工具中屬于一項核心主件，涵蓋了換位機構、延時機構以及取樣機構。利用其能夠做到鉆井中途裸眼井段測試與多層段間的跨隔測試。它有著圓筒形狀，內外都是三層，存在諸多的不規則的結構體，如花鍵心軸、阻流器擋塞等。

在詳細分析多流測試器的層次結構后得出，應堅持從里到外，從上到下的基本原則，充分通過建模軟件MultiGen Creator所提供的點、線、面、體創建與修改工具，積極開展幾何模型的構建。在構建了可視化模型后，為了使模型更接近于真實，發揮理想的三維立體效果，應針對模型計算陰影。多流測試器的大部分部件都屬于鐵制品，內部結構具有一定的復雜性，就算是貼制紋理，依舊呈現的是鐵黑色，辨認難度大，因此，內部結構構建過程中，應通過顏色的設置明確各部位。

2、加強輸入事件控制

輸入事件具體涵蓋了鼠標輸入事件和鍵盤輸入事件，利用這兩種事件對作業場景進行處理。視景仿真系統要求鼠標事件、鍵盤事件配合界面的設計，從而有效控制參數值。油田井下作業中，通過OIS面向對象輸入系統對鼠標、鍵盤事件處理加以控制，不斷提高鼠標點擊和滑動功能。應在界面上新增按鈕、滑塊等諸多的元素，針對參數采用數字、滑塊等手段全面展現在overlay上。用戶可利用鼠標滑動滑塊有效控制參數。

三、結論

綜上所述可知，油田井下作業視景仿真系統主要將計算機軟硬件當做核心平臺，充分利用視景仿真技術，對井下作業中經常用到的工具結構、原理和施工工藝進行一番模擬。當前，視景仿真技術已經成為了井下作業中不可少的手段，今后中必將迅速發展，全面普及。

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