固井多媒體教學軟件的開發

孫 偉

（大慶鉆探工程公司鉆井生產技術服務一公司，黑龍江大慶163000）

1 研究意義及目的

2 技術方案

固井多媒體教學軟件分為系統平臺建設和應用系統建設2大部分，應用系統主要包括以下內容：鉆井地質、固井設計、固井工藝、水泥及外加劑、固井設備及工具、儀表計量、固井質量評價。

2.1 系統建模

數學建模是系統的核心，本系統要建立的模型是對固井系統和固井系統內的設備設施進行分析，然后建模。主要是針對這些設備設施的運行情況和工藝流程來進行數學建模。

對于設備設施的數學模型應該對設備的工作過程能夠給出準確的描述以及預測，基本要求如下所述：

（1）輸入輸出要一一對應：就是要準確把設備的輸入輸出關系、進行、關聯，滿足設備基本的工作原理的要求，并且反映設備工作的實際狀態。

（2）必須反映與其他的子系統之間的聯系：設備與設備之間的聯系相似。按照數學建模的原則要求，把固井主要設備、工具分別建立模型。

2.2 圖形化建模系統

本系統是核心開發引擎，模型控制負責對系統中的應用算法進行加載、解析、執行、跟蹤、控制；系統引擎能夠獨立運行，開發者可利用本系統建立目標系統的計算機數學模型，基于開發的應用依賴于運行平臺進行支撐運行。

2.3 安全分析與培訓支撐系統

這種事故案例分析與培訓項目通過“事故案例”及其組合定義，對操作人員進行各種事故及組合事故分析、判斷和處理技能等的培訓，提高操作人員的全面操作技能和安全生產的意識及對突發事故的分析判斷與操作能力。主要功能如下：

（1）多級別培訓和考核功能。系統可以組合出不同難易程度的培訓和考核項目，大大拓寬了仿真系統的適用范圍和操作人員技能培訓的水平空間跨度。

我最喜歡偷窺屋。這個屋子里空蕩蕩的，只有四面墻，其中一面墻上有一些小洞，小洞只有手指那么大。通過小洞往里面看，你會發現里面有一個電視機，或者說是一個屏幕。因為小洞太小，所以你看不到屏幕的四條邊。屏幕上播放的是很奇幻的東西，但是你看不清楚。所以嘛，它叫偷窺屋。

（2）安全培訓。系統可以在仿真培訓系統中組合定義出若干事故或影響裝置運行的“事故案例”。操作人員針對這些事故案例進行培訓。

3 主要功能

本培訓軟件通過應用C語言、Html、JavaScript等程序編寫語言進行系統網站編制，實現網上學習與培訓形式，形成一個基于固井生產活動的有機的多媒體教學網絡環境：一是通過三維建模及Flash制作實現三維教學仿真模型和場景；二是通過現場攝像機錄制后期剪輯實現固井現場情景的再現。

（1）系統開發平臺的建立：根據軟、硬件發展的趨勢，服務器端操作系統平臺選用微軟的Windows2003 Sever，采用集成 Internet Information Sever6.0作為Web服務器，實現信息發布和事物處理；選取SQL Sever2005作為數據庫管理系統，以保證數據庫的大容量和高安全性；動態與交互網頁用“動態服務器頁面”ASP.NET程序設計語言作為開發工具編程。固井技術人員及操作人員可以應用計算機隨時隨地登陸網站進行自學，培訓形式靈活、實用。

（2）三維、Flsh教學動畫演示：主要應用于技術人員以及操作人員等的操作技能的學習、培訓與考核。建立固井設備、工具等虛擬仿真三維動畫，使受培訓者在固井工程中運用Flash互動動畫,則可以更具體、直觀地反映固井工藝流程的技術特點、難點等等。

（3）教學視頻演示：由專業的攝影師與專業施工人員參照技術規范和預訂的腳本，在設備放置地點以及固井施工地點利用專業攝像設備進行前期視頻圖像圖片等素材的采集工作，通過電腦軟件將拍攝素材按照腳本順序進行合成，最后加上視覺特效、旁白或音樂。通過教學視頻的演示，學員直觀地看到設備、場景的真實情況，通過專業人員的講解，對現場操作過程有最直接、真實的體會。

（4）網絡學習考試題庫的構建：根據培訓需求，確定需掌握的知識點的重要程度和比例，建立具有一定規模的、符合網絡考試的試題庫。試題庫主要采用文字、圖片的形式進行展示。理論試題庫分單項選擇、多想選擇、判斷、論述、簡答及隱患識別等類型題。

4 關鍵技術

在系統的設計和開發過程中需要考慮系統的可擴展性和可重用性，并且滿足虛擬環境下仿真操作系統的動態、實時的要求，因此需要解決作業場景以及設施三維模型實時生成、交互和優化；材質、紋理、其他特效技術的綜合應用；作業三維場景驅動引擎設計及交互式用戶界面的設計等關鍵技術問題。

4.1 場景以及設施三維模型實時生成、交互和優化

應用多邊形逼近的方法，可以組成任何現實中有的或是現實中沒有的而我們能想象到的立體圖形。并且可以通過多種途徑對所生成的模型進行優化處理，使得模型更小、更逼真、更易于管理、利用率更高、更適合實時仿真。

4.2 三維場景驅動引擎設計

（1）操作動作的設計與驅動。依據實際操作，分解操作動作，構造各個操作對應的函數，并將動作與人物模型和操作部件相關聯，達到解析動作、組合動作、完成操作任務的功能。

（2）虛擬場景優化。為場景中物體建立多級細節層次(LOD)，使用Portal(入口)技術，對場景進行區域劃分，把場景按相對位置劃分為若干塊，設置Portal，使處于攝像機外的實體不必渲染，大大節省計算機CPU消耗。

（3）交互式用戶界面的設計。界面設計以多視圖切換、鼠標點擊、圖標提示等模式來實現。通過自行設計的視圖切換函數來實現多視圖之間的切換，將可操作的圖標與設備部件相對應，從而完成可操作部件的提示，方便用戶交互式操作使用和尋找可操作點。

5 結論

（1）通過多媒體固井視頻軟件的開發，創新了企業員工培訓方式，不受場地、環境、時間限制，可以隨機安排時間進行培訓，培訓更加靈活。

（2）提高了培訓效果，傳統的培訓往往是要求員工死記硬背一些文字，不生動，即使記住了，在實際操作中效果也不是很好，利用多媒體培訓可以更加直觀地了解工藝過程、設備工具原理及操作規程，在頭腦中形成更加生動的圖象，因此培訓的效果更加明顯。

（3）降低了企業員工培訓成本，由于傳統培訓需要集中組織，占用的教育資源較多，加上其它成本（如交通費、通訊費等），成本較高，利用多媒體教學軟件進行培訓一次性投入，后期費用基本沒有，具有更高的經濟效益。

（4）更好地促進企業規范管理，利用多媒體教學軟件進行培訓，內容準確，對每一個崗位的培訓內容是完全一致的，減少了人為因素的影響，培訓內容更加規范。

參考文獻：

[1] 丁保剛，王忠福，等.固井技術基礎[M].北京石油工業出版社，2006.

[2][美]埃克爾（Bruce Eckel）.Java編程思想（第4版）/計算機科學叢書[M].陳昊鵬，譯.機械工藝出版社，2007.

[3] 李克向.鉆井甲方手冊[M].石油工業出版社，1990.

[4] 廖華林.大位移井套管柱摩阻模型的建立及其應用[J].石油大學學報，2002，26（1）：29-31.