二维研究方法（精选十篇）
二维研究方法 篇1
关键词：AutoCAD,渐开线,齿轮,造型方法,基圆,压力角
AutoCAD具有性能优越、使用方便和体系结构开放等特点,深受广大工程技术人员的欢迎。如今,AutoCAD在我国各设计领域已得到广泛应用,并成为机械设计领域中应用最为普及的绘图软件之一。在机械传动中,齿轮传动是最主要的一类传动,型式多样,应用广泛。渐开线齿廓以其设计、制造和安装、使用等方面的优越性而被广泛采用,而渐开线齿轮的三维造型关键在于精确地生成齿廓曲线。本文重点介绍基于AutoCAD的二维渐开线标准齿轮造型方法。
1 渐开线齿廓的形成特点及参数方程
渐开线齿轮的轮齿是由两条渐开线作齿廓而组成的。渐开线的生成方法是:当直线BK沿一圆周作纯滚动时,直线上任一点K的轨迹AK就是该圆的渐开线,这个圆叫做渐开线的基圆,直线BK叫做渐开线的发生线,如图1所示。
根据渐开线形成特点可得到渐开线的极坐标方程为
式中rK、θK分别为渐开线齿廓上任意点K的向径和展角,rb为基圆半径,αK为该点的压力角(该点所受正压力的方向与速度方向之间所夹的锐角),invαK为压力角αK的渐开线函数。
2 渐开线标准齿轮的主要尺寸参数
生产中使用的齿轮不但种类多样,而且参数众多,同一种类的齿轮也具有不同的齿数、大小和宽度等参数。渐开线标准齿轮的基本参数有齿轮的模数m、齿数z、压力角α,齿顶高系数ha*以及顶隙系数c*,这些基本参数是创建标准齿轮渐开线齿廓线的重要依据,并由此可得渐开线标准齿轮主要尺寸参数的计算公式为表1。
3 基于AutoCAD的二维渐开线齿轮造型方法
3.1 用参数方程创建渐开线齿廓线
把渐开线压力角从0～αa分成n分点,各等分点的压力角为αi,根据渐开线的极坐标方程可以计算出各等分点的极坐标为
在AutoCAD中执行多段线(Pline)命令,在命令行中依次输入各等分点的极坐标(亦可在文本文档中将各等分点的极坐标排成数列,然后复制并粘贴到命令行),即可绘制出渐开线齿廓线(因为各点之间距离很近,因此用直线连接各点的直线段近似代替曲线)。
已知渐开线直齿圆柱齿轮参数为:齿轮模数m=5mm,齿数z=52,压力角α=20°,齿顶高系数ha*=1,顶隙系数c*=0.25。下面详细说明渐开线齿廓线具体绘制步骤。
(1)根据渐开线标准齿轮的主要尺寸参数公式,可得齿顶圆直径da=270mm,齿顶圆压力角αa=25.19°,基圆半径rb=db/2=122.16mm,分度圆直径d=260mm,齿根圆直径df=247.5mm。
(2)取齿廓渐开线上最大压力角αmax=26°,使其得到足够长度的渐开线;根据不同精度要求选取渐开线的分段数,取分段数为20。
(3)计算各等分点所对应的压力角及向径和展角值,即得各等分点的极坐标,如图2所示。
(4)在AutoCAD中分别绘制齿轮齿顶圆、分度圆、齿根圆3个圆。再执行“Pline”命令,将渐开线极坐标数列全部选中复制粘贴到AutoCAD的命令行中即可快速生成一条齿廓渐开线。如图3所示。
(5)从圆心向分度圆与渐开线的交点绘制一条直线,然后执行“Rotate”命令,将该直线旋转四分之一个齿距角θ/4=1.73°,接着执行“Mirror”命令对渐开线进行镜像,形成另一条渐开线。执行“Trim”命令,将多余的渐开线进行部分剪切,再利用阵列(Array)形成完整的齿轮轮廓,如图4所示。
3.2 用截取切线法创建渐开线齿廓线
依据图1所示渐开线的形成特点,亦可用截取切线法创建渐开线齿廓线。
(1)绘制基圆,从圆心到基圆的右象限点绘制一条半径线,再从该象限点向下绘制一条长约50的垂直线。
(2)执行“Array”命令,对所绘制的半径线和垂直线进行环形阵列,阵列“中心点”为基圆圆心,“项目总数”设为20,“项目间角度”设为1.5。“项目总数”的设置要保证能够绘制出完整的齿廓;“项目间角度”的设置决定所绘齿廓的近似程度,角度设置值越小精度越高。
(3)在相对于垂直线倾斜1.5°的切线上,从它与基圆的切点处沿切线截取长为3.2的线段(因为当直线沿基圆圆周做纯滚动时,发生线在某位置的长度就是它所滚过的圆弧的弧长,而1.5°圆弧的对应弧长是3.2);在倾斜3°的切线上,从切点处沿切线截取长为2×3.2的线段;在倾斜4.5°的切线上,从切点处沿切线截取长为3×3.2的线段;以此类推。
(4)执行“Pline”命令,在确定多段线端点的提示下依次捕捉各切线的端点,绘制出的齿廓线如图5所示。再执行上述步骤(5)即得图4所示完整的齿轮轮廓。
4 结语
在齿轮设计中,最关键的步骤是获得渐开线齿轮齿廓。上述两种方法虽然皆采用以直线代曲线的原理,但在用参数方程创建渐开线齿廓线时,使用式(1)计算得到足够多渐开线点的极坐标,就能保证得到足够精确的渐开线齿轮轮廓;在用截取切线法创建渐开线齿廓线时,“项目总数”的设置要保证能够绘制出完整的齿廓,“项目间角度”的设置决定所绘齿廓的近似程度,角度设置值越小精度越高。
参考文献
[1]陈霖.机械设计基础[M].北京:人民邮电出版社,2008.
[2]孙家广.计算机图形学基础[M].北京:清华大学出版社,1998.
[3]王琳.中文版AutoCAD2007机械图形设计[M].北京:清华大学出版社,2006.
[4]程海兵.齿轮三维造型在AutoCAD中的实现[J].机械工程师,2008(8):13-14.
二维轮廓铣削的简化编程方法 篇2
——以具体零件的加工编程为例
钟雪根（江西省新余市职业教育中心）摘要：介绍了二维轮廓铣削加工的工艺分析。根据刀具半径补偿原理，宏程序的基本定义等，在编程时，虽然不同层的轮廓切削程序中刀具偏移工件轮廓值、Z向深度、主轴转速、进给速度等因素的不同，但其加工的轮廓形状相同，为了简化程序，可以把这些重复的程序单独抽出，按一定的格式編成子程序，并用宏程序把二维轮廓铣削编程形成一种模块。
关键词：刀具半径补偿刀位轨迹子程序变量
一、二维平面轮廓编程的概念
二维平面轮廓是指由直线、圆弧或其他曲线通过相交或相切连接，且具有台阶面的平面轮廓。在数控编程过程中，为了方便编程，通常将数控刀具假想成一个点，该点成为刀位点，刀位点既是用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。在数控编程过程中，一般不考虑刀具的半径，而只考虑刀位点与编程轨迹重合。但在实际加工过程中，由于刀具半径的不同，在加工中会造成很大的加工误差。因此，在实际加工时必须通过刀具半径补偿指令，使数控机床根据实际使用的刀具尺寸，自动调整各坐标轴的移动量，以确保实际加工轮廓与编程轨迹完全一致。
二、立铣刀圆周铣二维平面轮廓的工艺特点
零件二维平面轮廓一般有尺寸精度、形位公差、轮廓表面粗糙度等技术要求。这种二维平面轮廓适合用数控铣床或加工中心立铣刀圆周铣加工。立铣刀圆周铣削平面轮廓时，刀具轴线平行于轮廓侧面，铣刀的圆柱素线的直线度对轮廓面的质量产生影响。周铣用的圆柱立铣刀刀杆较长，直径较小，刚性较差，容易产生弯曲变形和产生震动等工艺特性。因此，在选择刀具时，尽量选择刚性较好的刀具。为了提高生产效率，除采用普通高速钢立铣刀外，数控铣床或加工中心普遍采用硬质合金螺旋齿立铣刀进行分层铣削。工件轮廓铣削粗加工时，力求用最短的时间切除工件大部分余量，但当工件X、Y向或Z向有较大余量时，受工艺系统刚度和强度的限制，刀具不可能一次走刀就切削完成该向余量，应根据工艺系统刚度和强度的实际情况分成多次切削。轮廓是否要分层切削，还取决于工件的表面质量要求，当工件上要求的表面粗糙度为Ra=63～32μm时，可分为粗铣、精铣两次加工，粗铣时应留有03～08mm的余量给精加工；当工件表面上要求的表面粗糙度Ra=16～08μm时，可分粗、半精、精铣三次加工，精加工余量02～03mm，半精加工余量1～2mm。在Z向分层时，应根据所加工的材料、使用的刀具及加工方式进行综合考虑。
三、二维轮廓铣削的简化编程方法
以下以铣削图一所示工件为例，用手工编程方式编写数控铣削程序。
图一所示工件的轮廓，是由直线段、圆弧、椭圆等组成。其技术要求是：表面粗糙度要求Ra=32m，保证尺寸精度600-004、10+0050等。
加工分粗加工和精加工二个步骤：
1）粗铣外形轮廓，轮廓留05mm精加工余量，深度方向每次切深05mm，采用循环方式进行切削，深度方向留02mm精加工余量。
2）精加工外形轮廓，保证尺寸精度及表面粗糙度要求。 刀具选用12立铣刀（硬质合金螺旋齿立铣刀）。根据分析，其程序编写如下（用华中数控系统）：
注释：#100～#149为全局变量，#1～#33为局部变量。
参考文献：
二维研究方法 篇3
二维动画的概念来源于西方,对其的英文翻译有:animation、cartoon等。其中,比较通俗与正式的用法是"Animation",经考证其词源自于拉丁文词根anima,包含有灵魂的含义;而与之相对应的动词animate,则有赋予生命的内涵,进而引申为使某物活起来的意思。所以animation可以解释为经由创作者的安排,使原本不具生命的事物获得生命一般的活力。动画属于综合艺术门类,其集合了绘画、漫画、电影、摄影、音乐、文学等众多艺术门类于一身的艺术表现形式1。
随着中国动画产业的发展和政府对动画产业的政策倾斜,动画业必将成为中国最具发展前景的产业之一。但是,目前中国专业动画人才奇缺,据统计,中国动画人才的总需求量在200万人以上,而业界仅有5万人左右,由此可见动画人才的匮乏已经严重制约了中国动画产业的发展,培养专业人才已成为中国动画产业发展的当务之急。另一方面,随着“中国动画人才培养计划”的启动以及在“让动漫走进特殊学校”教育科研的推动下,一些高校也相继开设了针对聋人大学生的动漫专业课程,主要的培养对象为聋人大学生(在下文中,简称聋生)。聋生作为弱势群体,一直处在社会边缘。即使其自身具备一定的劳动技能,也大多从事一些低附加值的,简单重复性的劳动。而聋生中有一大批对二维动画感兴趣并具备一定天赋的青少年,却苦于没有学习深造的机会和施展才华的舞台。考虑到聋人大学生中动画制作人才的潜在资源,以及聋生得天独厚的刻苦、耐劳、好学的优势,怎样在动画设计教育环节中发掘聋人大学生的优势并进行深入与细致的研究是非常必要与迫切的。
二、聋人大学生二维动画设计的学习特征:
发展针对聋人大学生的二维动画设计教育,首先必须要先了解他们在二维动画学习中的学习特征。阅读理解能力不足是聋生在学习二维动画设计中遇到的最显著困难,在学习过程中,聋生与健听生的阅读理解的能力的差距较大,如19一21岁的聋生的阅读理解的能力并不比8一9岁的健听生的能力强,在教学过程中发现他们无法很好的理解动画脚本与剧本。语言的障碍始终贯穿于他们的学习与职业生涯当中+。
聋生学习特征的许多方面都因其具有听觉障碍而出现特殊性,如对语言材料记忆困难、语言形成发展缓慢、抽象思维能力发展迟缓等。听觉障碍虽然给聋生心理发展带来一定的困难,但也带来某些新的动力,对某些方面(如视知觉)的发展产生积极的影响,在动画教学中发现聋生具有以下相对优势:
1.聋生的动手操作能力强,在教学过程中发现,聋生不喜欢上抽象的理论课而喜欢动手操作的实践课。他们可以根据教师的操作来操作,模仿老师的操作过程。
2.聋生的模仿能力强。借助于书本与视屏,他们能将动画人物的动作神态刻画的惟妙惟肖,他们的观察和模仿能力很大程度上弥补了其在听觉上的缺陷。
3.聋生想象力较为丰富。由于聋生长期使用视觉来替代和补偿听觉的缺陷,其视觉优势明显,他们可以不受噪音干扰,由于视知觉的发展相对比较迅速,相应的使聋生在观察的细致性、记忆的直观性、思维的形象性等方面较见长。
三、聋人大学生二维动画设计教学方法:
二维动画设计与制作包括动画的前期制作阶段(文学剧本、文字分镜、美术设定、画面分镜头台本),动画中期绘制阶段(设计稿或构图、原画设计、动画序列帧绘制、背景绘制、填写律表、清稿导演检查),动画的后期合成阶段(扫描、上色、配音、合成),而考虑到聋人大学生在艺术创作中形象思维能力比较差,即使其想象力较为丰富但也是基于模仿上的,其绘画基本功较弱,文化层次低等学习上因素,以及其刻苦、耐劳、好学的优势做综合考虑,有以下教学方法可以尝试采用:
1.改革针对聋生二维动画的课程体系,基于聋生动手操作能力强、模仿能力强、阅读理解力差等学习特点做综合考虑,改变针对聋生的二维动画课程设置,减少文字剧本、文字分镜等理论知识的学习时间,着重加强聋生对于二维动画基础课程的教学,使其能通过大量的练习与临摹,使聋生逐渐牢固掌握对于人体结构、人体运动规律、动物运动规律等的基础性内容。
2.强化重点,找到突破环节,在大量的教学实践中发现,学习二维动画的聋生比较适合动画中期绘制阶段的动画序列帧制作这一环节,动画序列帧绘制是二维动画制作中的重中之重也是动画制作中人力资本投入最大的一个环节,需要绘制人员根据原画的关键动作和摄影表,准确地加出中间帧,最终以标有序号的连贯张数完成一个个镜头动作。在这一部分的制作中只要熟练掌握运动规律无需太多的形象思维便能绘制出比较连贯的动作,在实际的教学工作中发现只要听障学生能熟练掌握运动规律,基本都能胜任动画序列帧绘制工作。由于在前期的课程改革中,强化了聋生对于二维动画基础内容的学习,使其都具备了较牢固的基础技法,所以在绘制动画序列帧制作这一环节中,聋生基本可以自如发挥,收效显著。
四、总结
文章从二维动画的学习过程以及听障大学生的学习特点入手,循序渐经进行分析研究。主要解决聋人大学生学习二维动画的针对性和科学性,提高动画学习效果,如何使聋生学以致用,最终达到成为一名合格的动画制作人员。
摘要：随着中国动画产业的发展和政府对动画产业的政策倾斜,动画业必将成为中国最具发展前景的产业之一。随着“中国动画人才培养计划”的启动以及在“让动漫设计走进特殊学校”教育科研的推动下,一些高校也相继开设了针对聋人大学生的动漫专业课程,因此,怎样在动画设计教育环节中发掘聋人学生的优势并进行深入与细致的研究是非常必要与迫切的。
关键词：聋人大学生,二维动画,教学方法
参考文献
[1]郭立红.《基于高中聋生学习特征的信息技术与课程整合策略研究》.首都师范大学硕士论文,2008.4.
[2]方俊明.当代特殊教育导论.陕西:陕西教育出版社,1998.
食品溯源二维条码应用系统研究 篇4
关键词：二维条码；食品；溯源
一、二维条码技术概述
二维条码是用特定的几何图案按一定的规律在平面（二维方向）上分布的黑白相间的图形。它是使用黑白矩形图案表示数据并在一维条码的基础上扩展出另一维具有可读性的条码，当其被扫描设备扫描后二维条码包含的信息可被识读出来。二维条码技术在食品溯源中应用是利用二维条码标签对食品进行标识，消费者通过扫描食品的二维条码逆向回溯食品的产、供、销等各个环节信息。二维条码技术具有的信息容量大、可靠性高、具有纠错功能、制作成本低等特点非常适用于食品溯源应用系统。
二、二维条码技术在食品溯源中应用的可行性研究
（一）管理可行性。十八大以来，国家信息化进程明显加快，二维条码在人们生活的应用日益广泛，从网络资源下载、网上购物、电子票务到质量防伪、名片识别，二维条码的应用无处不在。供应商、超市工作人员、消费者对于二维条码技术或多或少存在一定认识，加之二维条码技术简单、易操作的特点使得二维条码技术在食品溯源中应用有了管理上的基础。
（二）技术可行性。（1）条码识别技术的成熟。二维条码技术发展至今已形成完善的码制标准，其中典型的码制标准有PDF417，QR code，Maxi code，Data Matrix等。我国在消化吸收国外相关技术的基础上制定了3个二维条码标准：GB/T
17172-1999《四一七条码》，GB/T 18284-2000《快速响应矩阵码》与《汉信码》国家标准。基于上述三种二维条码标准，我们可以选择符合食品溯源现实需要的标准以实现食品溯源二维条码应用系统。（2）一体化移动终端及条码秤的发展。随着现代信息技术的发展，一体化移动终端性能更加先进，可以集信息采集、存储、处理、打印条码等功能于一体。条码秤是在电子秤的基础上内置便携式条码机，通过电子秤称量物资，通过便携式条码机打印称量物资信息的二维条码。虽然市面流通的条码秤和一体化移动终端仅支持基于一维条码的管理系统，但在现代科技条件下开发基于二维条码的一体化移动终端和条码秤可以实现。因而，一体化移动终端及条码秤的发展能够满足食品安全管理二维条码应用系统的需求。
三、二维条码技术在食品溯源应用系统的设计与实现
（一）系统总述。食品供应商对每日供应的食品数据进行统计，通过网络将数据传输至供应商食品管理系统，在大型超市中工作人员可通过一体化移动终端和便携式条码打印机打印二维条码，以二维条码为数据载体传输到食品溯源系统。而后，超市工作人员对超市的购买和出售的食品进行数据统计和处理并录入食品溯源系统。消费者通过设置在超市的二维条码查询终端或者是手机下载的“智慧眼”软件，扫描食品价格标签的二维条码，就能了解到食品的相关信息。
（二）码制选择。正确选择条码码制是实施食品溯源的前
提。目前，列入国家标准的三种码制各有其特点和应用领域。本系统中所管理的食品品种多、数量大，超市工作人员的工作繁重、占用时间较长。这就要求条码的存储量要大，而且要具备稳定、快速的采集和识别能力。
（三）硬件选择。该系统的硬件环境主要分为两个部分：一是基于二维条码秤的二维条码生成系统；二是基于移动终端和条码扫描枪的信息处理系统。其硬件环境主要包括二维条码秤、条码扫描枪、移动终端和条码打印机等。二维条码秤的设计功能应包括称量、查询和生成二维条码等功能。移动终端和扫描枪的配备应按照大型超市规模的不同进行选择，以满足不同超市的使用需求。在该系统中，笔者设想在大型超市配备150KG二维条码秤2台、30KG二维条码秤1台。大型超市可采用“台式电脑+一体化移动终端”模式，为满足实际应用需要，系统支持B/S和app独立运行两种模式。在联网条件下，采用B/S模式（台式电脑与一体化移动终端均可使用），数据统一性好，系统运行速度较快。在无网络条件下，采用一体化移动终端app独立运行模式，数据一致性会受些影响，系统运行速度也相对较慢。数据的传输可通过移动介质、打印的二维条码单据等进行交互。
（四）软件功能设计。（1）实时数据采集与查询系统。该部分主要在食品供应商中运用，食品供应商使用一体化移动终端扫描二维条码实时采集食品信息，通过这些信息一方面可以脱离数据库了解食品的关键信息，也可以通过连接数据库查询食品信息；另一方面这些信息可以存储于一体化移动终端中，也可以通过无线网络将数据传输到食品溯源系统，实现食品信息的自动采集与录入。（2）食品溯源系统。该部分主要在大型超市中运用，大型超市通过二维条码秤将采购的食品数据信息打印成二维条码，通过条码扫描枪扫描二维条码将食品信息快速录入食品溯源系统。消费者可以通过系统随时查看食品信息。比如食品的品名、质量、产地、保质期、生产厂家等。此外，超市工作人员也可以使用系统统计分析数据，并适时开展食品质量评估评比。主要统计分析食品价格变动情况、食品采购清单、验收入库、销售情况、加工情况和收益情况等。
参考文献：
[1] 二维条码技术及应用[M].北京.中国物品编码中心.2007年
二维研究方法 篇5
关键词：油浸式变压器,多物理场耦合,流体-温度场分析
作为电力系统中的重要设备, 电力变压器的运行状态对电力系统的安全性和可靠性具有十分重要的意义。在实际运行过程中, 变压器损耗将引起其自身发热;而变压器局部过热则会加速绕组绝缘老化, 同时影响变压器的安全稳定运行及使用寿命。因此, 通过准确预测变压器热点温度辨识变压器运行状态已经成为近几年来变压器研究热点之一。
油浸式变压器热点温升计算方法主要包括经验公式法[1,2]、热路模型法[3—5]和数值模拟法[6—12]。采用经验公式法能够较为快速地获得变压器热点温度, 在实际应用中具有一定的适用性;但不适用于特殊结构的变压器, 如立体卷铁心变压器。热路模型法主要通过热电类比建立变压器的热路模型求解热点温度, 但求解结果的准确性与热路模型参数设定密切相关。上述两种计算方法求解简单, 无法研究变压器内部油流速度及温度分布, 存在一定的局限性。数值模拟法则基于流体力学和传热学方程, 通过建立变压器实体模型进行温度场求解分析, 求解过程较前两种方法复杂, 通常会对变压器模型进行简化等效处理加快求解速度。采用数值模拟法求解变压器流体-温度场时, 变压器损耗直接影响油流速度及温度分布, 因此, 变压器损耗计算直接关系到变压器流体-温度场求解结果的准确性。
提出了一种基于有限元法的变压器二维电磁-流体-温度场间接耦合计算方法用于模拟变压器内部热特性。首先通过磁场分析求解变压器铁心及绕组损耗, 随后采用多物理场间接耦合方法将变压器损耗作为流体-温度场加载条件进行热分析。以35k V油浸自冷式变压器为计算对象进行二维变压器电磁-流体-温度场耦合分析, 通过热点温度计算结果与经验公式法进行对比验证该方法的正确性。
1 理论基础
1.1 磁场控制方程
变压器铁心及绕组损耗可根据变压器磁场分析求解得到, 参照麦克斯韦方程组, 基于矢量磁位的变压器磁场的控制方程如式 (1) 所示[13]。
式 (1) 中, μ为磁导率 (H/m) ;σ为电导率 (S/m) ;A为矢量磁位;Js为电流密度 (A/m2) 。
1.2 流体场控制方程
变压器油在油箱内的流动及分布特性主要受质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律控制, 如式 (2) ~式 (4) 所示[14]。
式中, ρ为流体密度 (kg/m3) ;w为流速 (m/s) ;F为外部体积力 (N) ;p为压力 (N) ;u为动力黏度 (N·s/m) ;c为比热容[J/ (kg·K) ];T为温度 (K) ;k为热导率[W/ (m·K) ];q为体积热源 (W/m3) , 可由前文的磁场分析计算铁心及绕组的单位损耗得到。
1.3 电磁-流体-温度场耦合分析方法
ANSYS是一个可以用于模拟电磁场、流体场、温度场、结构等多种物理现象的专业化的标准分析软件。运用ANSYS软件, 各种物理场之间可进行任意匹配的耦合场模拟, ANSYS中采用的耦合方法主要分为间接耦合、间接弱耦合和直接耦合三种。本文采用间接耦合进行电磁-流体-温度场分析, 即先求解变压器磁场, 将磁场分析的结果作为载荷求解流体-温度场, 耦合分析通过ANSYS特有的物理环境实现, 载荷的传递可通过命令直接实现, 无须计算出变压器损耗的具体数值, 提高求解效率。
2 计算算例
2.1 变压器参数
现以6 300 k VA 35 k V油浸自冷式变压器为计算对象进行二维电磁-流体-温度场耦合分析, 计算变压器内部油流速度及温度分布。该油浸式变压器的主要性能及结构参数如表1所示。
2.2 变压器磁场计算
根据变压器主要结构参数建立三维模型, 其中铁心及绕组部分模型如图1所示, 变压器铁心损耗采用三维模型求解[15,16]。
考虑到变压器三相结构的对称性, 计算变压器漏磁场时仅对单相进行分析, 因此可以将三维变压器模型简化为二维轴对称模型进行计算, 模型如图2所示。
变压器磁场计算中, 主要考虑变压器高、低压绕组、铁轭绝缘和绝缘筒对变压器磁场分布的影响, 各部分的材料参数如表2所示。
采用有限元法进行变压器二维时谐磁场计算, 可得变压器内部漏磁的磁通密度分布如图3所示。
磁场计算结果表明, 变压器漏磁场的磁通密度最大值为0.401 6 T, 出现在高低压绕组之间的区域, 其数值大小主要与变压器低压和高压绕组上的电流及变压器绕组的结构有关。同时, 通过后处理可直接得到变压器绕组损耗, 将作为后续流体-温度场的热源加载条件。
2.3 变压器二维流体-温度场计算
在变压器磁场分析完成之后, 采用ANSYS软件的间接耦合方法实现变压器电磁-流体-温度场耦合分析。在耦合过程中, 需要改变单元类型及变压器各部分结构的材料参数。在流体-温度场分析中, 变压器各结构的材料参数如表3所示。
计算中, 变压器油箱底部温度设为环境温度23.0℃, 变压器油流采用层流模型, 底部入口油速为0.005 m/s, 进行稳态求解。采用有限元法对变压器流体-温度场进行迭代求解, 最终得到变压器铁心及绕组温度分布计算结果如图4所示。计算结果表明, 变压器热点温度为70.74℃, 出现在低压绕组上端, 低压绕组温度最大值为67.22℃。变压器铁心温度介于52.0~60.0℃之间, 铁心温度从下往上逐渐升高。变压器底部油流入口处温度较低, 整体温度分布随着位置升高呈现增大的趋势。
变压器油流速度是影响变压器铁心及绕组温度的重要因素之一, 计算得变压器内部油流速度分布矢量图如图5所示。
计算结果表明, 在变压器入口油速0.005 m/s时, 变压器绕组油道内的油流速度最大值为0.018m/s, 在油流入口和出口处油速较大。为了分析变压器入口油速对绕组温度的影响, 保证其他条件不变, 增大变压器入口油速, 求得入口油速为0.01 m/时的温度场分布如图6所示。
计算结果表明, 当入口油速由0.005 m/s增大至0.01 m/s时, 变压器热点温度由70.74℃降低至58.57℃。绘制不同入口油速下的变压器高、低压绕组的温度分布曲线, 如图7所示。
观察曲线可以发现, 入口油速不同时, 变压器绕组温度分布趋势相同, 随着变压器入口油速增大, 绕组温度整体呈下降的趋势, 且上端绕组的温度降低更多。
3 绕组热点温度计算验证
对于采用饼式绕组结构的油浸式变压器, 绕组温升θr可由式 (5) 计算得到[17]。
式 (5) 中, τr为绕组与油平均温升的温差, 对于自冷式变压器内外绕组, 分别采用式 (6) ~式 (7) 计算;θy为油平均温升, 可由式 (8) 计算得到。
式中, qr为绕组的热负载;Δτ"为绕组的绝缘校正温差;Δτh为绕组的线段油道校正温差;Ky为油平均温升计算系数, 油浸自冷式取为0.262;qyx为油箱的热负载, 采用式 (9) 计算。
式 (9) 中, P0和Pk分别为空载损耗和负载损耗, Syx为油箱的有效散热面积。
根据变压器相关参数可以计算得变压器高低压绕组的温升, 将其作为基准值, 多物理场仿真与经验公式的计算结果对比如表4所示。
计算结果表明, 采用所述多物理场耦合仿真计算方法得到的绕组温度高于经验公式计算结果, 但相对误差小于8.0%, 符合工程应用的要求, 因此本文提出的变压器二维电磁-流体-温度场耦合仿真分析方法是正确有效的。
4 结论
介绍了一种基于有限元法的变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法。首先采用有限元法进行变压器时谐磁场分析, 计算变压器铁心及绕组损耗, 并将其作为后续流体-温度场分析的加载热源, 通过ANSYS间接耦合实现电磁-流体-温度场耦合分析。以6 300 k VA油浸式变压器为计算算例, 采用本文所述方法计算了变压器铁心、绕组温度分布及变压器内部油流分布, 将绕组热点温度计算结果与经验公式计算结果相对比, 验证了方法的正确性。
参考文献
二维研究方法 篇6
本文首先研究了中小型民用无人机的应用背景、模式、环境和约束条件, 分析了民用无人机的航迹规划模型需求和现有基于蚁群算法的无人机航迹规划问题的研究现状, 建立了一种新的航迹规划模型, 并基于此提出了一种无人机二维航迹规划方法, 最后进行了仿真验证, 并对仿真结果进行了分析。
1 问题描述
1.1 民用无人机航迹规划需求
民用无人机在使用时, 为降低使用成本, 首先, 无人机执行完任务后的要进行回收, 且一般起飞点与回收点为同一区域;其次, 一个飞行架次一般包含多个任务, 有多个任务航点。因此, 除无人机转场外, 一般情况下, 无人机的飞行航迹都是从起飞航点出发, 到各个任务航点执行任务, 然后再返回着陆回收航点 (即原起飞航点) 的过程。同时, 民用无人机在使用时还受任务区地理环境、气象环境等威胁及无人机自身航时航程等限制。
一般情况下, 民用无人机执行任务前就已明确本次飞行的起飞航点、着陆回收航点、一个或多个任务航点以及航路上的威胁区域, 航迹规划问题转化为从起飞航点出发, 避开威胁区域, 寻找一条历经所有任务航点的最优路径问题, 如图1所示, 图中椭圆区域为地理或气象等威胁区域, 无人机起飞航点和着陆 (回收) 航点为同一航点, 共包含7个任务航点。因此, 航迹规划问题可以转化为在一定的约束条件下求解TSP最优路径问题。
文献[4]、文献[5]、文献[6]和文献[7]都基于蚁群算法提出了不同的航迹规划模型, 并能有效规划出从起飞点到目标任务航点的折线最优航迹, 如图2所示, 。归纳起来, 文献中所提出的航迹规划模型都未考虑无人机的回收问题和多任务航点问题, 这并不符合无人机的使用模式, 如图2所示。
1.2 无人机航迹规划模型
在一般情况下, 无人机执行任务都是在固定高度定速飞行, 只有在起飞和着陆阶段才有高度和速度的变化, 同时为了便于分析, 可以忽略高度影响, 本文在二维环境下研究无人机航迹规划问题。
设定航点集合为
其中, N为航点个数, (Vx0, Vy0) 为起飞和着陆回收航点, 其它航点为任务航点。设无人机某一飞行架次的总航程为:
其中, Li为每段航迹的航程。航迹段受该段航路上约束条件控制, 例如气象威胁、地理等。设约束集合为W={W0, W1, W2, ......WK-1}, 其中, K为威胁区域的个数, Wk可以等效为圆心为 (Wxk, Wyk) 、半径为Wrk的圆形区域。对于任意两个航点 (Vxi, Vyi) 和 (Vxj, Vyj) , 形成的航段为Lij (i, j∈0, 1, 2......N-1) ,
lij为航段Lij的欧拉距离, Zij为其权值。设Lij所在的直线方程为:AVx+BVy+C=0, 计算约束集合W到直线AVx+BVy+C=0的距离Dk (i, j) :
1) Dk (i, j) ≤Wrk, 且Wxk-WRk>min (Vxi, Vxj) , Wxk+Wrk<max (Vxi, Vxj) 时, 则航段Lij经过威胁区域, Lij的加权值Zij为无穷大, 表述该航段要被剔除;
2) Dk (i, j) ≤Wrk, 且Wxk-WRk<min (Vxi, Vxj) , Wxk+Wrk>max (Vxi, Vxj) 时, 则航段Lij属于安全航段, Lij的加权值Zij=1;
3) Dk (i, j) >Wrk, 航段Lij属于安全航段, Lij的加权值Zij=1。
因此, 无人机的航迹规划问题就是剔除威胁航段后, 从起飞航点出发, 寻求一条经历所有任务航点的最优路径问题, 这与TSP问题的描述是一致的。
理论上, 以下三种情况下当所有航点之间的航段均属于威胁航段时, 或者某个航点仅与其他航点中的一个航点存在安全路径时, 在这种情况下, 可能无法得到一条最优化航迹, 这不属于本文讨论的范围。
2 基于蚁群算法的航迹规划方法
2.1 蚁群算法基本原理
蚁群算法的定义及其基本原理由Dorigo给出了完整的描述。在解决TSP组合优化问题领域有广泛的应用及研究。在基本蚁群算法中, 蚂蚁k (k=1, 2, ..., m) 根据各个城市节点连接路径上的信息素浓度决定其下一个访问的城市, Pkij (t) 是选择路径时的转移概率, 其计算公式为:
τij (t) 是城市i与j之间的信息素浓度, ηij (t) 是城市i与j之间的可见距离, dij是城市i与j之间的距离, α是信息素系数, β是绝对距离系数。
信息素更新公式可以用式 (3) 表示:
其中, ρ表示信息素挥发系数, 其值介于0和1之间。Δτij是城市i与j之间的信息素, 由式 (5) 表示。
Q是蚂蚁信息素增加强度系数。
2.2 基于蚁群算法的航迹规划方法
在无人机航迹规划问题中, 起飞航点是已知的, 因此, 在蚁群算法中蚂蚁的出发城市不是随机的, 而是指定为起飞航点;同时由于存在威胁区域, 导致某些航段属于禁忌航段, 应该剔除。因此, 基于蚁群算法的航路规划步骤如下:
1) 初始化信息素系数α、绝对距离系数β、信息素增加强度系数Q和信息素挥发系数ρ, 蚂蚁个数M、航点个数N, 威胁区域K;
2) 判断任意两个航点构建的航段Lij是否属于禁忌航段, 若Lij属于禁忌航段, 则Lij被赋予为及大的值, 同时τij (t) =0, 标识该航段被剔除;否则Lij是航点i与航点j之间的欧拉距离, τij (t) =1标识该航段为安全航段;
3) 将蚂蚁放置于起飞航点, 并将起飞航点添加到蚂蚁禁忌表中;
4) 按照蚂蚁转移概率Pkij (t) , 选择下一个转移航点, 直至遍历完所有航点;
5) 计算本次历经总航程, 比较航迹路径;
6) 更新航段上的信息素;
7) 输出最优航迹路径。
3 仿真与分析
为了验证本文航迹规划方法的有效性, 分别用表1中的两组数据进行实验。实验环境硬件为Intel (R) Core (TM) i7-5820K@3.30GHz CPU, 软件环境为Win7操作系统、VS2010、MATLAB11.0。实验中首先在MATLAB11.0下绘制无人机飞行区域, 包括任务航点及威胁区域;其次, 在VS2010开发环境下建立无人机航迹规划模型, 计算出最优的安全航迹路径;最后, 为了更明了地表述规划出的迹路径, 手动将路径依次添加到无人机飞行区域, 形成航迹路径图。仿真结果如图3和图4所示, 结果表明, 航迹规划如表1所示条件下, 本文的方法能够规划出满足飞行要求的最优航迹路径。
理论上, 当所有航点之间的航段均属于威胁航段时, 或者某个航点仅与其他航点中的一个航点存在安全路径时, 在这种情况下, 可能无法得到一条最优化航迹, 这不属于本文讨论的范围。
4 结束语
本文首先研究了中小型民用无人机的应用背景、模式、环境和约束条件, 分析了民用无人机的航迹规划模型需求和现有基于蚁群算法的无人机航迹规划问题的研究现状, 建立了一种新的航迹规划模型, 并基于此提出了一种无人机二维航迹规划方法, 最后进行了仿真验证。仿真结果表明, 在给出的任务航点和威胁区域满足一定要求的情况下, 本文提出的方法可以有效规划出满足飞行要求的最优航迹。
参考文献
[1]缪永飞, 钟珞, 陈艳恩, 等.改进免疫算法在无人机航线规划中的应用[J].武汉理工大学学报 (信息与管理工程版) , 2015 (2) .
[2]牛治永, 李锦军, 岳冬梅, 等.无人机三维航迹规划算法研究[J].自动化技术与应用, 2013, 32 (11) .
[3]房建卿, 王和平.云模型蚁群算法在无人机航迹规划中的应用[J].科学技术与工程, 2012 (2) .
[4]唐必伟, 方群, 朱占霞, 等.基于改进蚁群算法的无人飞行器二维航迹规划[J].西北工业大学学报, 2013, 31 (5) .
[5]唐必伟, 朱占霞, 方群, 等.基于改进蚁群算法的无人驾驶飞行器三维航迹规划与重规划[J].西北工业大学学报, 2013, 31 (6) .
[6]郭琦, 潘广员, 杨江涛.基于Voronoi图和动态自适应蚁群算法的UAV航迹规划[J].计算机测量与控制, 2014, 22 (9) .
[7]高颖, 陈旭, 周士军, 等.基于改进蚁群算法的多批次协同三维航迹规划.西北工业大学学报[J], 2016 (1) .
二维研究方法 篇7
关键词：心理学,黑箱方法,二维心理结构理论
1 黑箱法简述
还原论的方法在自然科学领域中取得巨大成功, 但还原论的不足正日益显现, 较早意识到这一点的贝塔朗菲提出了一般系统论。系统论主张把定量描述与定性描述、确定论描述与非确定论描述、精确方法与模糊或近似方法、硬方法与软方法结合, 大大扩展了系统方法的有效性。人的心理具有明显的系统性, 心理活动的重要物质承担者大脑就是一个黑箱。现代控制论的一个重要分支——神经控制论的研究就是使用黑箱法研究大脑。
黑箱方法是系统学中经典控制论使用的方法。黑箱是指其内部构造和机理还不清楚, 但可以通过外部观测和试验, 去认识其功能和特性的事物。黑箱法就是不打开黑箱, 而利用外部观测、试验, 通过输入、输出信息, 来研究黑箱的功能和特性, 探索其构造和机理的科学方法。黑箱方法即输入—输出方法, 其基本思想可采用图1所示的方框图表示。
2 应用黑箱法建立二维心理结构理论
控制论与思维科学密切相关, 运用黑箱方法, 完全可以通过输入和输出的分析, 建立模型, 了解认识大脑思维的功能。比如巴普洛夫的膝跳反射实验, 就是给人的膝盖一个敲击的输入, 人就有小腿立即跳起的输出。照此, 将观察对象视为系统, 研究者就承担反馈环节, 将已有的各类心理现象中什么样的输入得到什么样的输出进行记录和分析, 尝试建立了二维心理结构理论。
二维心理结构理论见图2。心理结构有两个维度, 一维是心理层次, 一维是心理强度。其中心理层次分为无意识、元意识和遣动意识三个部分。心理状态都可以用心理层次和心理强度来描述。无意识纯粹是本能, 无意识层次的心理活动伴随着人的整个生命周期, 基本不存在休眠状态。元意识层次只要不处于深度睡眠状态即无梦睡眠状态就能一直活动, 不受人本身的意志所控制。遣动意识是受人本身意志控制的意识, 需要主体主动赋予心理能量才能进入运行状态。心理强度是描述广义化的力比多的大小, 弗洛伊德所提的力比多主要指性心理能量, 广义的力比多, 除了来自性的本能, 还有食、生、死、温、光等本能和其他欲望等。
(1) 心理层次
三个心理层次在解决问题时心理机制和工作状态不同, 三者之间有相互作用。
给熟睡的人一个输入——把床倾斜, 他就输出一个自动往里滚的动作调整以保持平衡。给一个人的眼睛一束较强的光的输入, 人没有经过复杂的思考过程, 就会立即有闭眼的输出。人身体各个器官的运行自如, 如呼吸不必刻意。给处于青春期的人一个“妙龄异性”的输入, 他就会输出性欲;给饥饿的人一个美食的输入, 他就会输出食欲, 这就反映出无意识具有诸如性、食等“动物的人”的功能。由此推断心理结构中无意识是一种刺激—反应的程式化反应, 其刺激—反应的先天结构是生命在长期进化过程中形成的。人的新陈代谢系统平时正常的运行就是无意识的作用, 无意识是人生理的控制中心。在“逻辑”方面按照先天和后天程序遵循“刺激—反应”规则。
桌上放着一套数学习题, 给一个“考试”的输入, 人会输出一个主动做题答卷的行为;而如果给的是一个“周末休息”的输入, 则可能对数学题视而不见, 得到一个玩的输出。由此推断前者是主体调动遣动意识去解题, 后者则没有。比如, 在思考物理习题时, 需要主动地赋予心理能量, 按照形式逻辑来进行心理活动。遣动意识在逻辑方面遵循形式逻辑, 即同一律、矛盾律和排中律。
给处于青春期的人一个“妙龄异性”的输入, 输出无意识性本能产生的性欲以及伴随的脸红心跳;无意识的性欲会反馈到元意识输出相关的“梦”;元意识的性动机反馈到遣动意识会输出一个令你和异性接触、交往的性心理。三者可以相互作用。给一个学生“做题”的输入, 元意识输出解题的突破口, 然后反馈到遣动意识会输出遣动意识的分析证明。给一个初学者“语言学习”的输入, 输出遣动意识的学习, 极大数量的重复可以使得遣动意识范畴的记忆印象等压入元意识, 学习语言文字反馈到元意识最终输出语感, “不假思索”就可以熟练掌握语言文字。遣动意识通过只有对无意识和元意识的反思才能察觉后两者的存在。
(2) 心理强度
一切心理活动都具备心理强度。比如晚上看恐怖电影跟半夜在路上真的遇到歹徒两者受到惊吓的心理强度是不同的, 人的反应也不同, 看恐怖电影被吓得惊叫, 半夜歹徒偷袭则可能使人吓晕;在宁静的山村, 一个人走夜路和一群人结伴走夜路, 产生的恐惧心理的心理强度有差别;为了一个不相干的人工作跟为了一个深爱的人工作, 二者的勤奋程度是不同的;这些就是心理强度不同导致的行为不同。
二维心理结构理论对一切心理现象都从心理层次和心理强度两个维度来描述, 同时初步概括出不同心理层次所遵循的规律。下面从心理历史演化过程分析的角度进一步探讨二维心理结构理论的合理性。
3 从心理的演化历史探究二维心理结构理论
二维心理结构理论是采用黑箱法结合人类各种常见心理现象建立的。从动物到人的心理进化历史以及幼儿到成人的成长历史可以进一步论证该二维心理结构理论的科学性。
(1) 动物到人的心理进化历史
生物进化, 最开始是神经细胞和一般细胞没有分化的阶段;然后进化到有神经索的阶段。伴随着生物的进化, 心理的发展是和一种特殊机构不可分的。这种机构起初是一种非常初级的前神经机构, 而后是一种复杂的神经机构。动物心理是神经系统的机能, 但它们依赖感受器官直接地接受具体刺激物的影响, 这种刺激—反应是受无意识控制。由于脊椎动物“把整个身体都聚集在神经系统周围, 因此便有了发展到自我意识等等的可能性。”神经系统的发展使得大脑皮质进化。大脑皮质是思维的器官。脑进一步进化到古皮质, 元意识和古皮质发生是同时的过程;接着发生新皮质, 只有人、大猩猩这类高等动物才具有新皮质;新皮质发展之后发展出遣动意识, 目前只有人类进化出这一心理层次。从这段进化历史可以看出人类的心理存在无意识、元意识和遣动意识三个心理层次的合理性。
(2) 幼儿到成人的心理成长过程
小孩刚出生时, 都具备无意识。婴儿饥饿时不假思索的哭, 主动去吮吸母乳并会自动保持被母亲抱时身体的平衡, 整个生理机能的正常运行是无意识在起作用。当到两三岁时, 幼儿就已经发展出元意识, 开始学说话。大概到五六岁时, 就可以达到进行分析性思维的阶段, 这个时候的小孩已经会打自己的小算盘看怎么决策和行动对自己最有利, 这时遣动意识已经形成。可见即便在一个人的成长周期里也蕴含着人类整个进化史中出现的从无意识到元意识再到遣动意识的发展历程, 类似生物学里的重演律。
根据皮亚杰认为, “每一个结构都是心理发生的结果, 而心理发生就是从一个较初级的结构转化为一个不那么初级的 (或较复杂的) 结构”。幼儿心理也是遵循诱导发生—发生诱导的过程。狼孩的案例是很好的证明。因为狼孩虽然具备产生遣动意识的生理部分, 但让他分析问题、做几何题等却无从下手。狼孩具有产生遣动意识的生理基础, 但缺乏外界条件的诱导, 最终没能产生遣动意识, 使得成长在狼群中的狼孩在与社会隔离十几年后, 其大多数行为都与狼相像, 其心理结构发展仍停留在幼儿阶段。该案例也进一步说明了心理结构理论中三个心理层次的合理性。
结语
心理结构的研究对心理学的发展有重大意义。本文将人类心理的主要物质承担者大脑视为一个黑箱, 通过研究人脑对不同的输入产生的输出情况, 尝试建立二维心理结构理论。该心理结构有心理层次和心理强度两个维度:在弗洛伊德和杨春时的心理层次理论基础上, 本文提出了无意识、元意识和遣动意识的三个心理层次;推广了弗洛伊德得力比多概念, 定义了广义力比多的概念, 把它从单纯的性欲力比多扩大为泛指心理能量。本文还从动物到人类的心理进化历史和幼儿到成人的成长历史的角度进一步论证了二维心理结构理论的合理性。
利用激光构建二维地图的方法及应用 篇8
1 激光构建二维地图的方法及应用现状
二维地图是指平面地图, 具有节约网络资源, 运行较快的特点。传统的二维地图构建效率低, 精准度差。随着科学技术的日新月异, 激光技术逐渐成熟, 并成功的应用到地图构建当中, 通过激光传感器对地质地形环境进行激光数据特征提取与激光数据点集匹配, 实现激光二维地图的创建。目前, 我国激光构建二维地图的技术有了进一步的提高, 并且受到卫星探测器、机器人实验室等领域的青睐, 其中基于激光传感器的机器人构建地图方法最为普遍。但是, 不能否认, 我国的激光构建二维地图的技术与西方发达国家相比依然存在巨大的差距。比如在激光传感器对数据的处理、激光测距仪、激光扫描环境数据、激光雷达数据的坐标转换等技术与方法都有待改进。此外, 我国激光构建二维地图的研究力度不够, 比如在资金的投入、人才的培养、国际学术的研讨等环节还有待加强。由此可见, 我国在利用激光构建二维地图的方法及应用方面依然任重而道远。
2 激光构建二维地图的具体方法及应用
2.1 激光测距仪
激光测距仪采用TOF (Time Of Flight) 原理, 是一种高解析度、高精准度的外部传感器, 具有较高的分辨率, 并且采样的周期较短, 测量误差较小, 这也是当前机器人自动测量的主要途径之一。激光测距仪在二维平面内进行扫描, 速度快、结构单一、数据点密集精确, 有效性高, 能够及时完成对墙角、门窗等高级特征的数据提取, 在激光二维地图构建过程中至关重要。
2.2 激光传感器
激光传感器主要用于对测量数据的处理, 但是从激光传感器读出的数据对于分析带有直线、圆边特征的门窗、垃圾桶等实物环境的效果并不是很理想。因为激光传感器在进行读出数据的时候不仅自身存在一定的误差, 而且操作人员的操作方式或者机动程序的准误也会产生相应的误差。所以, 我国在激光传感器的研发上还需要不断的深入。
2.3 激光扫描仪
激光扫描仪主要用于扫描环境数据, 主要针对特殊环境, 比如存在块状障碍物、桌椅、纸板、门窗等。并且激光扫描仪有利于获取不确定性的信息, 从而可以提高地图创建的准确性与精准度。目前激光扫面仪在二维地图的构建中的运用极为普遍, 在构图环节中也处于关键环节。
2.4 激光雷达器
激光雷达器 (LIDAR) 作为传感器的一种, 具有体积小、工作便捷的特点, 是当前激光探测与测距的主要方法。激光雷达可以快速的提取环境数据, 受自然环境的束缚较小, 可以突破自然极限。激光雷达通过数据采集可以高效的为二维地图的构建提供可靠的数据, 并且具有较强的实效性, 在当前的二维地图构建中十分普遍。
3 激光构建二维地图存在的问题及措施
3.1 特殊环境的制约
目前我国在二维地图构建中虽然已经引入了激光技术, 但是难以摆脱特殊环境的制约。比如障碍物会影响激光扫描的结果、电磁感应会影响激光雷达获取数据的质量等等问题, 严重的影响了二维地图构建所需数据的精准度。因此, 我国还应该积极借鉴国外先进的二维地图构建方法, 并且不断地加大技术研发资金的投入力度, 积极参加国际合作, 从而进一步提高激光构建二维地图的技术。
3.2 工作人员的素质
我国在激光构建二维地图中工作人员的素质亟待提高。因为在激光传感器等仪器运行时, 除了自身造成的误差之外, 工作人员操作不得当也是数据出现误差的重要原因。因此, 我国应该进一步提高激光构建二维地图中工作人员的综合素质。比如建立健全员工的培训与考核体系, 增加实践互动环节, 从而提高工作人员处理突发现状的能力, 进一步保障数据采集的质量。
3.3 健全构图的方式
目前我国二维地图的构图方法还不够科学, 获取数据的程序也存在着不合理之处。因此, 我国应该建立健全激光构建二维地图的方法, 采用西方先进的构图理念与模式, 并结合传统的二维地图构建法, 去其糟粕、取其精华, 从而建立一套科学合理的构建激光二维地图的方法, 进一步提高我国构图的质量。
4 综上所述
通过上文, 我们可以了解到近年来我国的二维地图构建技术有了新的突破, 尤其是激光技术的引入, 极大的提高了二维地图构图的质量。但是不能否认, 我国在激光构建二维地图方面依然存在诸多问题亟待解决, 比如激光技术水平、工作人员综合素质、构建二维地图的方法与模式等等都有待进一步的完善与提高。因此, 我国应该积极借鉴国外先进的构图技术, 努力提高工作人员的综合素质, 并不断完善构图的模式与理念, 从而保障我国二维地图构建的质量。
摘要：随着科学技术的日新月异, 我国在二维地图构建技术方面也有了新的突破, 尤其是激光的使用, 进一步提高了二维地图构建的技术。目前, 激光构建二维地图技术在卫星探测、激光传感器、机器人室内定位等领域都得到了广泛的推广与应用, 但是, 其存在的问题也不容小觑。为此, 本文将针对我国的激光构建二维地图的方法与应用进行详细的分析, 并对其存在的问题提出具体的解决措施。
关键词：激光,地图构建,方法应用,探究分析
参考文献
[1]王灿.基于激光雷达的运动目标跟踪和地图构建技术研究[D].中国科学技术大学, 2013.
[2]孙作雷.大规模不规则环境中的移动机器人定位与地图构建[D].上海交通大学, 2010.
[3]陶荣华, 陈晓露, 陈标.基于IDL的二维海洋遥感数据地图化的实现方法[J].激光杂志, 2013 (02) .
二维研究方法 篇9
摘要：针对计算机二维动画制作流程的特点，首先分析了基于Flash的二维动画制作方法的优点，接着研究补间Flash动画制作主要技术法，提出一种基于Flash形状补间的原理和独特的建模方式的动画制作方法，完成动画角色各个转面和立体的动作，形成流畅的动画。
关键词：Flash；二维动画；模型；动态制作；删线；上色
0 引言
Flash软件是一种基于矢量图形的二维动画制作软件，能够处理文字、图片、声音等多种多媒体素材，可以将二维动画流程中前期设计、中期加工、后期合成完全完成。相比传统二维动画制作而言，利用Flash制作动画可以减少流程，降低制作成本，动画稿易于传递、存储、修改，而且动画整体效果、风格更容易保持一致。[2] [3]
1 补间Flash动画制作技术
本文主要研究补间Flash动画制作技术，并已成功地应用了现行制作项目中去。术语“补间”来自于传统动画领域，指关键帧之间的平滑过渡。高级动画师（原画人员）负责绘制动画角色的开始和结束姿势，即动画的关键帧；然后初级动画师（动画人员）绘制中间的帧或做中间工作。Flash中补间即是只需要绘制出开始和结束两个帧的内容，中间过渡部分（中间画）有计算机计算完成。补间动画分为动作补间与形状补间两种。动作补间动画是是对群组化的对象设计的，实现对象位置变换、缩放、和旋转等运动；而形状补间动画是对矢量色块和矢量线设计的，实现两个图形之间颜色、形状、大小、位置的相互变化。相对而言，形状补间动画较为复杂，需要更多的关键帧，但是适用于角色造型精美而且动作细腻的动画。本文研究的补间Flash动画制作技术是基于Flash形状补间的原理和独特的建模方式，完成人物、物件各个面的转面和立体的动作效果。模型兼用率极高，一个基本的模型可以在实际镜头中结合表演做出丰富的动态画面。用Flash补间的计算方式，达到传统动画无法达到的画面流畅度和动感。以补间Flash动画制作技术为基础的动画制作流程中关键技术有：模型素材库建立、动态制作、删线上色三大块。
2 模型素材库建立
传统动画都是在纸上绘制人物、场景和道具的模型，无法更改。Flash软件中有个元件库，可以将绘制的矢量模型打散，按模型的结构分成若干个小元件，如人物模型，可打散分为头、上身、手、腿等元件，以便易于修改模型和模型的动作。由基础模型环节制作的模型可以为中期动画制作中大量“兼用”，避免相同的模型重复绘制，重复矢量化。在动画制作的前期，建模师根据人物的设定图，在Flash软件里绘制每个人物的正视角、侧视角、背视角、四分之三视角的模型，并将其勾线并上色，建立人物模型库。然后审核勾线上色的文件，将人物的各部分（头、胳膊、手、腿、脚、身体）分别存成元件，并分散到各自的图层当中，如图1所示。元件“小男孩”中包括头、躯体等元件，而元件“头”中又包括头发、嘴等元件，这就实现了元件的嵌套。需要注意的是：（1）每个元件的中心点挪到它和上一个元件连接的连接点上；（2）拆分元件时，一定要将关节连接的上下两部分处理成半圆形（正圆的一半），至少要有一部分是半圆。
3 动态制作
矢量化Flash动画特点是分辨率较高，在剧集比较长的情况下画面播放速度较快，但可能出现画面不连贯、不逼真，角色动作有跳动感的现象。这是因为Flash软件提供补间动画技术只能实现模型的大小、方位、颜色的过渡变化，较复杂的人物、动物的动作，如走路、跑步、转面等就无法计算生成。因此，如果Flash动画中追求质量更高的连贯动态画面，必须将角色的动作尽可能详细地制作。本文正是基于此，在制作动画片之前绘制大量不同动态的角色模型，如主要角色走路、奔跑等动态模型，以便制作镜头时可以随时、重复利用。建模师根据原画提示，在Flash里制作镜头模型。有些镜头可直接从前期模型库里进行调用，或者调整后使用，如图2就是根据小男孩侧面站立的基本模型调节奔跑的动态镜头。
另外，原画很多动态画面并不是角色的常规动作，模型库中还没储存该类型的动态模型，如角色转面、表情等诸多细节角色模型，动画师必须对原有的角色模型进行动作调节，完成镜头动态模型。如上图3为一位古代女子转面动作的动态模型线稿，按照脚本的指示，该转面是在人物说话的轻微摆动，人物的头部，身体稍微有些转动。
4 删线上色
刪线上色是把动态制作环节的动态线稿（如上图3）打散，把多余的线条删掉，然后给矢量画添加颜色，根据设计稿提供的背景线稿，在电脑中运用相关软件进行上色。如下图4所示，将图3中绘制好的动态模型删除多余的线条，然后填上颜色。目前，动画产业已经不用传统工艺描线上色，而是将手绘的原画扫描到计算机中，用计算机动画软件描线上色，提高了速率和质量。
5 总结
采用以二维矢量技术为主的制作流程方案，无疑大大降低了对人员的技术要求，同时还可以沿袭传统手绘动画片的艺术审美和效果。本文重点阐述了在该制作流程中角色的动态模型的生成方法，即通过动画师调整角色的姿态和动作，让角色活起来，赋予它性格和个人意志的表达，以表现它的感情，只有这样才能真正打动观众。
参考文献：
[1]张明月.计算机制作动画原理解析[J].邯郸职业技术学院学报，2006，3（16）.
[2] 刘丹.网页设计中的Flash动画视觉语言研究[D].合肥工业大学，2006.
[3] 宁翔.二维无纸动画创作体系研究[J].艺术与设计，2009（9）.
[4] 李京泽，夏琰.谈谈Flash动画角色的设计与制作[J].科技创新导报，2011（22）.
二维动画场景设计与制作方法探究 篇10
动画场景是指动画角色活动与表演的场合与环境, 不同于“背景”概念, “场景”不单单指角色活动后面的空间, 更侧重于表达时间中的空间概念, 在特定的场景中表述了不同的故事片段。
动画场景设计是对影片中除角色造型以外的随着时间变化而变化的一切物体的造型设计。在动画片中, 动画角色是演绎故事情节的主体, 动画场景则要紧紧围绕角色的表演进行设计。场景能够表现交代角色所处的场所、陈设道具, 能够交代角色所处的社会环境、历史环境和自然环境, 甚至还包括群众角色。场景设计以剧本为依据, 关注对时间与空间的设计与塑造, 为展现故事情节, 完成戏剧冲突, 刻画角色性格服务。因此, 在进行设计场景时, 我们必须按照一定的思维方法来把握动画影片的整体造型形式, 遵循视觉艺术审美要求。
2 动画场景的设计与制作流程
2.1 分析剧本
在着手设计场景之前, 先对所设计的文本进行仔细的阅读分析, 了解故事发生的主要环境, 故事的主题思想, 故事中涉及的主要场所, 主要角色的性格特征, 与编导以及其他制作人员沟通以达成一致意见。务必要注意的是动画场景设计不等同于环境艺术设计, 只重视视觉效果, , 却忽视场景合理性, 导致创作思路不完整等。
2.2 搜集素材资料
在创作来源于生活, 搜集充足的资料有助于场景的创作。因此, 在分析完剧本后, 对所需要设计的场景进行资料的搜集整理, 可以通过实地考察拍摄, 书籍以及网络图片搜集等方式完成。迪斯尼1998年推出了一部改编自中国古老传奇故事的动画电影《花木兰》, 迪斯尼的画家为了作品能体现浓郁的中国情调, 亲赴中国大陆各地取景, 搜集了大量资料, 并吸收了一批华人动画师参与协作。对于魔幻、神话、科幻类题材影片, 尽管故事中的场景在现实中并不存在, 但我们仍需要通过搜集丰富现实资料进行想象创作设计。大型CG电影《阿凡达》中的漂浮高山“哈利路亚山”灵感来自中国黄山, 卡梅隆派摄影师去黄山考察拍摄了大量黄山云海图片, 依据图片发挥想象利用CG技术制作出了“哈利路亚山”。
2.3 研究主题基调, 选择恰当的造型形式
找出影片的基调有助于表现主题, 基调往往通过人物的情绪, 造型风格, 情节节奏, 色彩气氛表现出来的一种情绪特征, 可以是快乐幸福, 也可以使悲伤痛苦。造型形式直接表现了影片的整体空间结构, 色彩结构, 绘画风格, 关系着影片的成败。
2.4 主场景的定位
主场景是指剧本中的主要场景, 是展开剧情和主要人物活动的空间, 在一部动画长片中往往会存在多个主要场景。由于主场景的地位比较重要, 所以主场景的设计风格和色彩基调对于整部动画的画面风格有着决定性作用。
2.5 场景草图绘制
根据前准备的素材, 按照剧本的意图进行绘制场景的草图。绘制草图时需要注意的是, 主场景要从多角度进行绘制, 需要绘制平面图, 鸟瞰图等, 设计角色的活动空间以及行动路线。
2.6 最终场景 (上色) 绘制
根据之前的草图, 最终完成场景的绘制或制作, 最后的场景可直接用于动画片当中, 因此需要有足够的细节, 画面完整, 如有需要可以对画面进行分层。
3 Photoshop技术在动画场景制作中的应用
不同类型的动画影片其场景的制作方式不同, 二维动画影片场景通常采用平面绘制的方式。由于制作手段的不同, 目前动画场景绘制通常采用电脑场景绘制的方式。Photoshop以其强大的图像编辑、图像合成、校色调色和特效制作等功能, 在二维动画场景制作上有其独特的优势。在场景制作的具体操作环节上, 巧用Photoshop工具可以达到事半功倍的效果。
3.1 场景草图的绘制
动画场景的创作来源于生活, 实地考察采风会得到很多的图片素材, 为了能更快地创作出场景草图, 可以将素材图片在Photoshop中进行风格化 (查找边缘) 处理, 提取图片中有用元素的粗线条, 这样可以为以后的草图绘制提供基础模版, 可以大大节约制作时间。由于现在数码相机集成拍摄软件较多, 可以在拍摄时就采用“线条”拍摄模式。
随后, 可以在粗线条模版上进行场景创作。由于粗线条模版是和真实场景是一致的, 需要根据影片整体风格进行描线处理, 描线时可以在模版上进行必要修改, 比如写实风格、卡通风格等。在描线时往往需要表现出场景的景深和透视关系, 可以灵活使用Photoshop的标尺功能, 可以方便透视效果的描绘。此外。描线时需注意线条的闭合, 方便后期上色。
3.2 Photoshop笔刷的使用
场景绘制的上色环节是场景作制的重要环节, 在线稿基础上着色, 使场景具有色彩感。实际工作中, 往往平涂片和平涂渐变片很少, 大多数影片为了更强的视觉效果, 采用写实风格或各种艺术风格 (如水彩风格、水墨风格等) , 因此上色时需要灵活使用比刷。在Photoshop软件中, 默认自带的36号大涂抹碳笔、63号平头湿水彩笔, 配合使用湿边效果, 调整笔刷的圆度和角度, 即可进行水彩风格场景的绘制。在绘制写实风格场景是, 往往自带的比刷不能满足需要, 此时, 可以在软件中“定义画笔预设”, 通常使用在对写实风格场景的细节刻画。
3.3 场景贴图
有时场景中的部分物体不需要仔细绘制时, 我们可以使用场景贴图。如:场景中有根木头, 假设场景为卡通风格, 此时, 如果使用单一色彩平涂就不能满足物体的表现了, 但是细致的绘制又容易会使物体和整个场景风格不匹配。这种情况使用场景贴图就能很好的解决了。首先选择木头表皮纹理素材, 在Photoshop中调整色调和场景风格大致相同, 然后使用“自由变换”工具将贴图变换和物体重叠为止, 必要是需要进行部分裁剪和细微的绘制。
3.4 透明效果及光线阴影处理
在动画场景中, 半透明效果会有一定的纵深感和层次感, 在Photoshop软件中, 可以直接创建白色到透明的渐变, 也可以使用添加图层蒙版的方式, 对图层蒙版应用黑白渐变。
二维场景中的光线阴影可以在影视后期编辑软件 (如AE) 中进行处理, 如果对影片要求不高时, 光线阴影通常会在场景绘制时直接加上, 将图层模式设置为“正片叠底”是比较简便的产生阴影的方式。当然这种处理只能用于场景中光线方位不变的情况下。
4 动画场景设计与制作的注意事项
4.1 场景方位结构图的作用
场景方位结构图是指平面图、立面图、鸟瞰图等。绘制这些图的目的就是要准确、清晰地将场景结构方位表述出来。场景方位图可以明确场景的具体空间形态、结构特点。由于场景制作是团队合作开发, 场景设计者应该用准确细致的图样, 为未来影片的场面调度提供可靠的依据, 为镜头设计提供方便快捷的思考空间。
4.2 场景和角色之间的关系
场景和角色之间有着密不可分的关系, 场景是为角色动作设置的, 不仅能够交代影片的时空关系, 还能营造气氛, 刻画角色性格等。因此在场景设计时, 不能将场景孤立起来, 变成简单的背景画面填充, 应当积极的角色结合起来, 成为角色动作的支点。
4.3 正反打关系
正反打场景实际上是一个大场景的两个不同的视角, 不能孤立的制作, 创作者应该身临其境的去感受。影片中在角色对话时, 正反打场景体现的较为明显。在满足轴线原理的同时, 能让观众始终有在统一场景中的感觉。正反打场景应注意光线的投射、风向的变化等因素, 真正的让一组场景成为正反打关系。
5 结束语
二维场景设计与制作在整个影片制作过程中有着重要影响。该文略去了场景设计中的风格定位、画面构图、空间表现、色彩配置等理论阐述, 从实际操作层面上, 结合Photoshop工具的使用, 简要介绍了二维场景设计与制作的制作流程, 提出了快速场景设计与制作的方法。目前, 场景设计与制作的方法很多, 比如使用Painter、Sketch Up工具等等。无论使用哪种制作工具, 创作者都应该认真研读剧本, 体会角色情感, 把握画面风格, 这样才能创作出优秀的动画作品。
参考文献
[1]林海宁.PHOTOSHOP技术在动画场景中的应用[J].企业研究, 2011 (2) .
[2]顾广涛, 沈建.浅谈PHOTOSHOP在动画场景制作中的重要性[J].群文天地, 2012 (3) .
[3]迮仁建.论动画场景和角色之间的关系[J].电影评介, 2011 (4) .
[4]吴海彪.三维动画写实场景的表现要点[J].艺术理论, 2009 (5) .