摘 要

本文借助3dsmax建模软件对CZH-12A型船用组装式空调装置进行了三维数值模拟，通过测量的数据严格按照建模方法和建模步骤对空调系统的控制面板、蒸发器和冷凝器、压缩机、风机和热力膨胀阀等部件进行了细致的制作，并通过查阅资料用自己的语言介绍了虚拟维修的基本概念和开发方法，以及虚拟维修在船舶空调系统中的基本运用。

本文主要研究了3dsmax在船舶空调系统中的建模方法和在船舶空调系统中虚拟维修中的基本运用。

研究结果表明：通过在船舶空调系统中运用3dsmax建模软件，不仅可以节约大量的人力物力，还可以清晰直观的展现船舶空调系统的各个组成部分，在虚拟维修中有重要的意义。

本文特色在：详细论述了3dsmax在船舶空调系统中的建模方法，并结合过程图的方式，使制作方法更容易被理解。

关键词：船舶空调系统；三维建模；3dsmax；虚拟维修

Abstract

This paper makes a three-dimensional numerical simulation of czh - 12a marine assembled air-conditioning device with 3ds max modeling software. through the measured data, the control panel, evaporator and condenser, compressor, fan and thermostatic expansion valve of the air-conditioning system are made in detail in strict accordance with the modeling method and steps. through consulting the data, this paper introduces the basic concepts and development methods of virtual maintenance in its own language, and the basic application of virtual maintenance in marine air-conditioning system.

This paper mainly studies the modeling method of 3ds max in ship air conditioning system and its basic application in virtual maintenance of ship air conditioning system.

The research results show that using 3ds max modeling software in ship air conditioning system can not only save a lot of manpower and material resources, but also clearly and intuitively show all components of ship air conditioning system, which is of great significance in virtual maintenance.

The characteristics of this paper are as follows: the modeling method of 3ds max in marine air conditioning system is discussed in detail, and the method is easier to be understood by combining with the way of process diagram.

Key words: ship air conditioning system;3d modeling;3ds max.

目 录

1. 绪论……………………………………………………………………………………1

1.1 选题的背景和意义……………………………………………………………………1

1.2 虚拟技术国内外研究现状分析………………………………………………………1

1.2.1 国外的研究现状…………………………………………………………………2

1.2.2 国内的研究现状…………………………………………………………………2

1.3本文主要内容…………………………………………………………………………3

1. 设计开发工具及其环境简介…………………………………………………………4

2.1 3dsmax建模概述………………………………………………………………………4

2.2 设计所使用的软件介绍………………………………………………………………4

2.2.1 软件介绍…………………………………………………………………………4

2.2.2 界面各区域功能简介……………………………………………………………5

2.4 本章小结………………………………………………………………………………6

1. 船舶空系统简介………………………………………………………………………7

3.1 概述……………………………………………………………………………………7

3.2 空调系统装置简介……………………………………………………………………8

3.2.1 控制面板…………………………………………………………………………8

3.2.2 冷凝器和蒸发器…………………………………………………………………9

3.2.3 压缩机……………………………………………………………………………9

3.2.4 风机………………………………………………………………………………10

3.2.5 热力膨胀阀………………………………………………………………………11

3.3 本章小结………………………………………………………………………………12

第四章 船舶空调系统的绘制…………………………………………………………………13

4.1 控制面板的绘制………………………………………………………………………13

4.1.1 指示灯……………………………………………………………………………13

4.1.2 按钮的绘制………………………………………………………………………14

4.1.3 旋钮的绘制………………………………………………………………………14

4.1.4 压力表盘的绘制…………………………………………………………………15

4.2 冷凝器和蒸发器的绘制………………………………………………………………17

4.3 压缩机的绘制………………………………………………………………………18

4.4 热力膨胀阀的绘制…………………………………………………………………19

4.5 风机的绘制…………………………………………………………………………19

4.6本章小结……………………………………………………………………………20

第五章 虚拟维修的基本概念和开发方法……………………………………………………21

5.1虚拟维修的基本概念和开发方法……………………………………………………21

5.1.1 虚拟维修的概念…………………………………………………………………21

5.1.2 虚拟维修特性……………………………………………………………………21

5.1.3 虚拟维修的开发方法……………………………………………………………22

5.2 探讨船舶轮机空调系统虚拟维修的技术路线………………………………………23

5.3 本章小结………………………………………………………………………………25

第六章 结论与展望……………………………………………………………………………25

6.1 结论……………………………………………………………………………………25

6.2 展望……………………………………………………………………………………25

参考文献………………………………………………………………………………………26

致谢……………………………………………………………………………………………27

1. 绪论

1.1选题的背景和意义

虚拟现实在我们生活中有很多其他叫法，比如虚拟环境，赛博空间等等。它是 20 世纪以来科学技术进步的结晶，它不仅体现了计算机技术、计算机图形学的最新成果，而且还在传感技术、人体工程学等多个领域居功甚伟。虚拟现实技术是指采用以计算机为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体的虚拟环境，我们用户可以借助一些必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互影响，从而我们会产生亲临真实环境的感觉和体验。

虚拟现实技术在许多领域被广泛的运用比如说，军事领域、医学领域、科研领域和制造业领域等等，虚拟技术是一种综合了很多种学科技术从而发展起来的一种新技术。虚拟现实技术已经被公认为是 21 世纪最重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。

在本世纪中由于海洋能源和国际贸易的极大需求促进了海洋运输业的发展，同时船舶的发展也在向着智能化、大型化和自动化；近几年各国对海洋运输业和航行安全的重视程度不断提升，对船员的自身素质和技能水平的要求也越来越严格。国际海事组织（IMO）在 STCW公约中明确强调船舶轮机人员实际工作能力的教学和培训。在我国，航海类院校和培训机构十分多，每年毕业和培养出的船员不可计数，国家相关部门已经加大了对虚拟显示技术的重视，其目地就是能培训出高水平的、高技术的和高素质的合格船员；因此我们应用计算机建模和仿真技术进行教学和培训，不仅满足 了STCW 公约的要求，又具有较高的教学效率和质量。

船舶空调系统是船舶上的重要辅助设备,其正常运行不仅能够有效改善船舶的空气环境，而且还为船员的工作和生活提供方便。近几年随着现代相关船舶技术的不断发展，我们对船舶空调空气调节系统的要求也越来越高了。建立能准确反映船舶空调系统特性的数学模型不仅对对系统的运行控制，而且和性能分析都有着重要的意义。因此，对船舶空调系统进行建模和仿真研究显得特别重要了。考虑到安全保障和经济效益，所以需要船员及时动态的掌握船舶空调的运行状态以及预测、诊断潜在和存在的故障。船舶空调的动态仿真及其数学模型真实的不仅反映了船用空调的运行工况是怎样的，而且还可以作为培训船员的教学工具，并且还会为空调的设计提供了可靠的科学依据。借由3dsmax技术，用3dsmax来达到制作船舶空调系统的模型的目的。

1.2虚拟现实技术国内外研究现状

1.2.1国外的研究现状

虚拟现实技术在美国的研究现状：虚拟现实技术的源头也就是发源地是美国，在20世纪40年代的时候虚拟现实技术开始了研究工作，这是虚拟现实技术最早被研究。虚拟技术一开始的时候是被用于美国军方对宇航员和飞行驾驶员的模拟训练的。然后随着科学技术和社会的不断发展，虚拟技术也渐渐的被转为民用了，主要体现在用户界面、感知、硬件和后台软件四个方面上。后来到了20世纪80年代，美国国防部和美国宇航局组织了一系列对于虚拟现实技术的研究，研究成果令人惊叹。到了现在，美国不仅建立了空间站、航空和卫星维护的VR训练系统，而且也建立了可以让全国使用的VR教育系统；美国施乐公司将虚拟现实技术用在了未来办公室上，设计了一项基于VR的窗口系统；美国波音公司利用了虚拟技术在真实的环境上叠加了虚拟环境，让工件的加工过程得到了有效的简化。在以上这些虚拟现实项目中主要技术是传感器技术和图形图像处理技术。现在来看，虚拟现实技术的研究核心是时间的实时性和空间的动态性。

虚拟现实技术在欧洲的研究现状：在欧洲，首先英国在虚拟现实技术的研究主要是在辅助设备设计、分布并行处理和应用研究方面，还在硬件和软件方面有过研究，并且在这些方面英国做的在全球都很先进。在欧洲其他一些国家如德国和瑞典等也积极进行了虚拟现实技术的研究和应用：德国为了降低成本和提高生产量和购买积极性所以把虚拟现实技术应用在了对传统产业的改造、产品的演示和员工培训三个方面上；瑞典在虚拟现实技术的研究上主要体现在dive分布式虚拟交互机可以在同一个时间中工作的异质分布式系统。

1.2.2国内的研究现状

虚拟现实技术在国内的发展状况：我国在虚拟现实技术的研究上和其他发达国家相比是开始较晚的，与发达国家的差距还很大。

近几年随着计算机图形学和计算机系统工程等技术的快速发展，虚拟现实已经引起了国家有关部门和科学家们的特度重视，并且我国各界人员也开始对它进行关注、研究和应用。

最近几年我国相继颁布和成立了九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划，已经虚拟现实技术的研究列为重点研究对象。而且国内的许多研究机构和大学也都对虚拟现实技术进行了一系列的研究和应用并且取得了一些很好的研究成果。目前，我国虚拟现实技术在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、因特网、勘探测绘、生产制造和局势航天等40个重要的行业得到广泛的应用。

我国北京航空航天大学计算机专业是国内最早进行VR研究和最具有权威的单位之一，他们的研究成果不仅将虚拟实现与可视化新技术研究室继承了分布式虚拟环境，而且可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境和虚拟现实应用系统的开发平台等，并且把虚拟环境中物体物理特性的表示和处理作为。

清华大学国家光盘工程研究中心为了实现大全景的VR系统，采用先进技术作出了“布达拉宫”。

浙江大学CDA和CJ国家重点实验室不仅开发出了一套桌面型的虚拟建筑环境实时漫游系统，而且还制造出了可以在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网络的快速生成算法。

长久以来人脸图像上表情合成和唇动合成是一项技术性问题，但是哈尔滨工业大学计算机系运用虚拟现实技术已经成功的合成人的高级行为中的特定人脸图像，并且现在正在研究人说话时手势和头势的运动规律、语音和语调如何达到同步等问题。

本校智能制造与控制研究所主要研究使用虚拟现实技术进行机械虚拟制造，包括虚拟布局、虚拟装配、和产品原型快速生成等问题。

西安交通大学信息工程研究所在对虚拟现实技术研究的过程中把立体现实技术放在了重要的位置。他们在人类视觉特性的启发中提出了一种基于JPEG标准来压缩编码新的方法，这种方法不仅可以产生较高的压缩比、信噪比以及压缩速度，并且这种方法的优越性比其他发方法要大得多。

中国科技开发院威海分院在虚拟现实技术的研究上实现了视觉接口，而且体式图像的算法和软件接口也得到了实现，lcd红外眼镜也实现了商业化。

另外，北京工业大学cad研究中心、北京邮电大学自动化学院、西北工业大学cad／cam研究中心、上海交通大学图像处理模式识别研究所、长沙国防科技大学计算机研究所、华东船舶工业学院计算机系、安徽大学电子工程和科学系等单位也进行了一些研究工作和尝试。

除了高等学府对此的研究外，我国在最近几年也涌现出许多从事虚拟现实技术的公司。比如深圳市虚拟现实科技有限公司、暴风魔镜和乐蜗科技等。

1.3本文主要工作

学习3DS MAX工具软件，了解其特点，掌握基本的三维建模方法；基于所学专业知识，对空调系统进建模，包括：控制箱、按钮、指示灯等，并进行纹理和材质处理；阐述虚拟维修的基本概念和开发方法，探讨船舶轮机空调系统虚拟维修的技术路线。

1. 设计开发工具及其环境简介

2.1 3dsmax建模概述

3dsmax是一款世界知名的三维动画制作软件，它不仅可以制作高品质的效果图，而且还可以做动画和游戏，在这些方面的表现都使它更加实用。

在3dsmax中有非常强大的功能，它可以通过三维建模完成现实生活中存在的实物，同时也可以完成现实生活中不存在的事物，比如说本文建立的船舶空调系统模型就是现实实物的一种，我们平常玩的游戏，有一些是通过3dsmax做出来的比如说x战警2和最后的武士等。尽管它的功能强大，但是它自身的价格是很低廉的，从这方面就可以看出3dsmax有非常好的性能价格比不单是价格低，在电脑配置的需求上也是十分低的，一般普通的电脑就可以满足我们学习的需要了。

3dsmax在国内也是相当流行的，随着互联网在我国的普及，关于3dsmx的交流也逐渐增加，并且在各行各业中3dsmax也开始发挥它应有的作用。

2.2 设计所使用的软件介绍

2.2.1软件介绍

3dsmax是Autodesk的公司开发的一款三维设计软件，它的功能是非常强大的，在建模渲染，动画，特效等很多方面都能制作出高品质的作品，所以它的应用领域也是非常的广泛，像室内外效果图，影视动画，游戏，工业产品设计，建筑园林等很多的领域，所以这款软件也一直是全球设计师所喜欢的一款三维设计软件，在国内大多数做效果图都是用3dsmax做的，因为用它做出来的效果图是非常的真实，3dsmax灵活的插件也是非常的多，做效果图就要用Vray，结合这个插件3dsmax就能设计出很多的效果图。它的一个版本的话是从1.0开始的，到现在已经是2018版，几乎每一年都会有一个版本的更新，的话就是以2015版本来进行设计的，这张图片就是3dsmax的一个工作画面。

①标题栏；②菜单栏；③工具栏；④命令面板；⑤工作区；⑥状态栏；⑦动画控制栏；

图2.1

2.2.2界面各区域功能简介

1.标题栏：3dsmax2015的标题栏显示软件名称和当前打开文件的名称，两方面的信息。

2.菜单栏：菜单栏位于标题栏下方，每个菜单都有一个下拉列表框，其中有80%的命令选项位于下拉列表框中。

3.工具栏：菜单栏下方是工具栏，这里显示了一些常用的工具。这些工具对应于菜单栏中的某些命令，但是为了方便选择和内存，他们在工具栏中显示为图标。

4.命令面板：在视图窗口中，右侧是命令面板。命令面板分为六个部分，每个功能不同。

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