摘 要

当今计算机科技迅猛发展，虚拟现实科技的应用越来越广泛。而且虚拟现实技术在现代教学中能够提供很方便的途径。特别是在教学实验方面的应用，可以很大的改变教学方式。能够利用虚拟实验方式改变我们身边的实验是很好的。

本课题主要是利用osg在参考天煌教仪“thj-2型高级过程控制系统装置”的基础上进行液位定值控制实验虚拟设计。主要由3部分组成：对thj-2三维建模、3dmax渲染、智能控制仿真。

实现方案的具体过程为，利用solidwors对thj-2进行3d模型的建立：soliworks是利用比较普遍的三维软件拥有容易掌握和稳定等优点；利用3dMax进行渲染，建立实验过程中流体动态等显示和参数显示。在osg仿真建立可执行的人机交互系统，并且封装成型。

关键词：虚拟实验、液位定值控制实验、三维建模、3dmax、osg

Abstract

In today's computer technology rapid development, the application of virtual reality technology is more and more widely. And the virtual reality technology in the modern teaching can provide convenient way. Especially in the application of teaching experiment, can change the way of teaching. Able to take advantage of the virtual experiment way change around us is good.

This topic mainly using osg teaching instrument in reference day bright \"THJ device\" - type 2 advanced process control system based on virtual design level constant value control experiment. Is mainly composed of three parts: the THJ - 2 3 d modeling, and rendering on3dmax, intelligent control simulation.

Implementation scheme for the specific process, using solidwors THJ - 2 for the establishment of 3 d models: soliworks is to use the common 3 d software has the advantages of easy to learn and stability; With production soft wares 3 dmax rendering, set up the experimental process fluid dynamic display and parameter, etc. In osg simulation build executable human-computer interaction system, and encapsulation.

Keywords: Virtual experiment, the liquid level constant value control experiment, 3 d modeling, 3 on3dmax, osg

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.2 论文工作目的及意义 2

1.3 论文主要内容 2

第2章 过控综合实验平台建模 4

2.1水箱建模 4

2.2连接管道、阀、水泵、及其他附属器件的选型的建模 5

2.3过控综合自动化控制系统控制面板建模 5

2.4接线连接和阀开启建模 6

第3章 3DMax渲染 6

3.1 3Dmax简介 6

3.3 出口水流的三维渲染 8

3.3 控制面板渲染 9

操作系统开发 9

4.1 设备通信设置 10

4.1.1 安装驱动与启动驱动 10

4.1.2 定义设备数据表 11

4.1.3 运行数据库 12

4.2显示界面设计 13

4.2.2设备控制界面设计 13

第5章 结 论 15

参考文献 16

致 谢 17

绪论

液位定值控制实验一直是过控专业的重要实验，其主要让学生了解流体从注入到平衡的过程和方法。通过不同参数、控制方法将容器中液体维持到设定值的过程，特别有利于学生对过程控制技术的了解，在以后工作生活中对过控过程的应用。

Thj-2过控高级综合实验平台是我国过控教学实验的重要实验设备，其真是性高，能够让学生直观了解所需实验的过程，特别是在液位、流量控制方面很贴合现实工业现场过程，作为参考基础非常有利。

伴随着计算机软件和硬件的高速发展，较大数据的图像和实时动画制作成为可能；三维投影技术的发展和人机交互的发展使得虚拟现实技术得到高速发展。而且虚拟现实技术也从高科技研发、军事科学应用等高精尖行业逐步应用到普通教育、娱乐、工业生活等各个方面。

1.1 国内外研究现状

虚拟现实技术开始于1965年，Sutherland写的《The Utimate Display》论文，在文中最早提到交互图形显示力反馈等虚拟现实技术基本思想，也是从此开始了虚拟现实的探索。1966年开始到1970年成功的HMD头盔式显示器把力量触觉等反馈和计算机联系到一起使得在虚拟技术得到进一步发展。1984年在《Neuro-mancer》中建立了虚拟现实、人工现实、远程现场控制等摄像，开始了完整的虚拟现实技术理论。到Jaron Lamer建立VPL公司和提出VR，确定了VR的正式建立。在1990年正式确立了vr的主要内容：实时三维图形建立、多传感器交互和高分辨率显示。

而虚拟实验室(Virtual Laboratory ,VL)最早由美国威廉•沃尔夫(William Wolf)教授于提出的（1989）,开始是为了方便科研人员的数据、仪器共享而提高资源的有效利用,方便于思想交流和远程科研合作进行。 虚拟实验室技术开发至今不到30年，不过因为其有非常诱人的发展前景所以各国均在大力开发并且己经取得了很大进展。在发达国家虚拟实验室的应用已十分普及。而作为在这方面起步最早拥有最巨大财力同时科技力量特别雄厚的美国由于对信息技术的研究的特别重视，一直引领着虚拟实验技术的潮流，其将虚拟实验室列入其科研发展的战略规划也使得越来越多的院校和科研机构正快速投身于虚拟实验网络建设和虚拟技术发展。除美国以外，国外的很多大学己组建了远程虚拟实验室，如德国的汉诺威大学、意大利帕瓦多大学、新加坡国立大学等，建立了很多极为先进的高等教育虚拟实验室。

在国内，虽然起步比较晚，虚拟实验技术由于受到人们很高的重视，起步发展非常快。目前很多高校建立了虚拟实验室。例如:清华大学汽车发动机检测系统，华中理工大学机械学院工程测试实验室，四川联合大学研制了航空电台二线综合测试仪等都体现了我国在高等院校中的重要作用。与此同时虚拟实验技术在科学研究、虚拟实验教学、教育娱乐等方面有着重要作用。首先，由于虚拟实验技术的特点使得它应用在理工科的教学中有极为重要的作用,目前国内的很多高校都按照需求建立了符合自己的虚拟实验室,虚拟实验室成为强化实验室建设、改革实验教学手段的发展方向。其次，虚拟实验技术在校园模拟和仿真有着重要的应用市场和发展前景，从天津大学开发了虚拟校园开始国内的一些高校开始逐步推广和使用虚拟校园模式。随着网络教育的高速发展，教学、教务、校园生活的三维可视化虚拟校园也成为发展潮流。