三维技术

三维技术（共8篇）

篇1：三维技术

三维立体扫描技术

曾经看过一部好莱坞科幻大片《异形》中，有这样的场景：在外星球上，勘探人员在进入未知洞穴之前，先释放一个可控制飞行状态的球状飞行器，飞入洞穴中，球状飞行器机体上有一圈的激光发射器，发射激光照射到洞穴内壁上，然后计算得知洞穴内壁的轮廓数据，无线传送至终端形成全息影像，供勘探队员了解分析其中的轮廓，用来避免其中的未知的危险。这其中就运用到了三维立体扫描技术。

三维立体扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型，又称为“实景复制技术”。该项技术是集光，机，电和计算机于一体的一项高新技术。此技术作为获取空间数据的有效手段能够快速的获取反映客观事物实时动态变化，真实形态特性的信息。三维立体扫描仪就是针对三维信息领域的发展而研制开发的计算机输入信息的前端设备，只需对任意实际物体进行扫描就能在电脑上得到实物的三维图像和物体的真实色彩。三维扫描仪分为两大类：接触式与非接触式。接触式有三坐标测量机，铣削测量机；非接触式有激光扫描仪，照相式扫描仪，CT断层扫描仪。

三维立体扫描技术的发展历程：

第一代：

接触式测量又成为机械测量，这是目前应用为广泛的自由曲面三维模型数字化的方法之一。三坐标测量机是接触式测量仪中的典型代表，它是以精密机械为基础，综合运用了电子技术，计算机技术，光学技术和数控技术等先进技术。根据测量传感器的运动方式和触发信号的产生方式不同，一般将接触式测量方法分为单点触发式和连续扫描式两种。三坐标测量机的测量传感器的主要形式为各种不同直径和形状的探针，当探针沿着被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使得探针发生形变，这种形变触发测量传感器将测出的信号反馈给测量控制系统，经过计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。其特点是：适用性强，精度高，不受物体光照和颜色的限制;适用于没有复杂型腔，外形尺寸较为简单的实体测量；由于采用接触式测量，可能会损伤探头和被测物表面，也不能对软质物体进行测量，应用范围受限制，切测量前需要规划测量路径，测量速度慢，效率低；目前还需要人工干预，不可实现全自动测量；接触式测量的扫描路径不可能遍及被测曲面的所有点，获取的只是关键特征点，因而测量结果往往不能反映整个零件的形状。三坐标测量机就是第一代三维立体扫描技术的典型代表，特点是逐点扫描，速度慢。

第二代：

第二代三维立体扫描技术的代表是三维激光扫描仪。二代技术的普遍特点逐线扫描，速度仍然比较慢。三维激光扫描仪是现代计算机技术和光电技术的发展使得基于光学原理，以计算机图像处理为主要手段的三维自由曲面非接触式测量技术得到了快速的发展，各种各样的新型测量方法不断产生，它们具有非接触，无损伤，高精度，高速度以及易于在计算机控制下实现自动化测量等一系列的特点，已经成为现代三维面形测量的重要途径和发展方向，而三维激光扫描仪在非接触式扫描中占据着非常重要的角色。三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为单点扫描仪，线列扫描仪和三维扫描仪。而按照工作不同原理来分类，可分为脉冲测距法和三角测量法。脉冲测距法：激光扫描仪是由激光发射体向物体在时间t1发送一束激光，由于物体表面可以反射激光，所以扫描仪的接收器在时间t2接收到反射激光，有光速C，时间t1,t2计算出扫描仪与物体之间的距离d=(t1-t2)c/2。用该方式测量近距离物体的时候，就会产生很大的误差，所以相位法比较适合测量远距离物体，如地形扫描，但是不适合近景扫描。三角测量法：三角测量法的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或者反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度。然后结合已知激光光源与CCD之间的基线长度d，经过三角形几何关系推求出扫描仪与物体之间的距离L。三角测量法的特点：结构简单，测量距离大，抗干扰，测量点小，测量准确度高。但是会受到光学元件本身的精度，环境温度，激光束的光强和直径大小以及被测物体的表面的特征因素的影响。

三维激光扫描仪的特点： 1，非接触式测量

即对扫描目标物体无需进行任何的表面处理，直接采集物体表面的三维数据，可以用于解决危险目标，环境及人员难以企及的情况，具有传统测量方式难以完成的技术优势。

2，数据采样率高

目前，采用脉冲激光或者时间激光的三维激光扫描仪采样点速率可以达到数千点每秒，而采用相位激光方法测量的三维激光扫描仪甚至可以达到数十万点每秒。

3，主动发射扫描光源

即激光，通过探测本身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息，因此在扫描过程中不受扫描环境的时空约束进行测量。

4，高分辨率，高精度

三维激光扫描技术可以快速，高精度的获取海量点云数据，可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。

5，数字化采集，兼容性好

三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理和输出。能够与其它常用软件进行数据交换及共享。

6，可以与外置数码相机，GPS系统配合使用

这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围，使对信息的获取更加全面，准确。外置数码相机，可增强彩色信息的采集；结合GPS定位系统，可进一步提高测量数据的准确性。

第三代：

第三代扫描技术的典型代表是三维照相式扫描仪，具有面扫描和速度快的特点。三维光学扫描仪按照其原理分为两类，一种是“照相式”，一种是“激光式”，两者都是非接触式，也就是说，在扫描的时候，这两种设备均不需要与被测物体接触。“激光式”扫描仪属于较早的产品，由扫描仪发出一束激光光带，光带照射到被测物体上并在被测物体上移动时，就可以采集出物体的实际形状。“激光式”扫描仪一般要配备关节臂.“照相式”扫描仪是针对工业产品涉及领域的新一代扫描仪，与传统的激光扫描仪和三座标测量系统比较，其测量速度提高了数十倍。由于有效的控制了整合误差，整体测量精度也大大提高。其采用可见光将特定的光栅条纹投影到测量工作表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云。其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12M，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。其高质量的完美扫描点云可用于汽车制造业中的产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。三维照相式扫描仪的工作原理：采用结构光技术，相位测量技术，计算机视觉技术的三维非接触式测量方式，测量时光栅装置投射数幅特定编码的结构光线到待测物体上，成一定夹角的两个或者多个摄像头同步采得相应图像，然后对图像进行相位和解码计算，并利用匹配技术，三角形测量原理，解算出两个或者多个工业相机公共视场内物体表面像素点的三维坐标。其特点是一次测量一个面，扫描速度极快，数秒内可得到100多万点 便携，可搬到现场进行测量，工件或测量头可随意调节成便于测量的姿势，大景深（可达300~500mm)，测量范围大，精度高，测量点分布非常规则，大型物体分块测量、自动拼合。

三维扫描技术国内外发展现状：

国外发展现状：

三维扫描技术国外起步较早，技术已经比较成熟。

1.1994年，M.levoy和他的小组利用三角原理的激光扫描仪和高分辨率的色彩图像获取并重建了Michelangelo的主要雕塑作品，并提出了一系列的相关技术。

2.1997年，加拿大NRC（National Research Council）的El-Hakim构建了自己的硬件平台，他们将激光扫描仪和CCD照相机固定在小车上，得到了一个数据采集和配准系统DCR，并与1998年在原有系统的基础上实现了一个室内场景的三维建模系统； 3.2001年，Y.YU等人在对室内场景建模的同时，将场景的一些实物提取出来，并对物体的三维模型提供了编辑和一定功能；

4.2002年，I.Stamos和P.K.Allen实现了一个完整的系统，该系统能同时获得室外大型建筑的深度图像和彩色图像，并最终会付出建筑物具有照片真实感的三维模型； 5.除此之外，Fruh等人使用2D激光扫描仪、数码照相机并同时借助航空图像和航空激光扫描数据恢复了建筑物屋顶带有色彩的集合模型，得到了更为完整的街区三维模型。

国内发展现状：

国内对于三维激光扫描重建技术的研究齐步比较晚，但是也在部分领域取得一定的成果。自2000年起至今，北京大学的三维视觉与机器人实验室使用具有不同扫描特性的激光扫描仪、全方位摄像系统与高分辨率照相机完成了建模对象几何与纹理的采集并通过这些数据的配准与无缝拼接完成了三维物体模型的建立；2005年，首都师范大学三维空间信息获取与地学应用教育部重点实验室给出了一种基于激光扫描数据的室外场景表面重建方法，该方法可以完成建筑物单一表面的重建。目前国内外对于三维激光扫描技术的研究均受到复杂场景的几何结构、未知物体表面反射特性、变化的光照条件、复杂的地形以及不规则的未知遮挡物等限制，因此如何快速而又精确的扫描出复杂的三维物体仍是研究该技术的关键。

三维激光扫描技术的应用：

三维激光扫描技术的应用面非常宽广。在诸多领域如：逆向工程、数据可视化、计算机辅助设计、虚拟现实环境、数字文物、数字博物馆、数字考古、地形勘测、犯罪现场检测、数字城市、城市规划、数字娱乐(游戏、动画、电影)等，均有广泛的应用。

（一）逆向工程

一、产生的背景

逆向工程思想是二战之后提出来的，进入九十年代，该技术引起了各国工业界的高度重视。作为一门比较新的技术，凭借其有效的缩短产品开发周期的特性和强大的成本优势，已逐渐被个领域所接受和推广。由于它和传统设计方式相比所具有的多方面优势，在汽车、冲压模具、注塑模具、航空等领域逐渐成为了产品开发的主流方法。

二、逆向工程的定义

逆向工程(Reverse Engineering，简称RE),也称反求工程，反向工程。起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。在一般工程技术人员的概念中，产品设计过程是一个“从无到有”的过程，即设计人员首先根据用户给定的性能要求确定方案，构思产品的整体外形和结构，然后确定大致的技术参数，再通过各种软件绘制产品的二维或三维CAD模型，最终将这个模型转入到制造流程中，从而完成整个产品的设计制造周期。我们称这样的产品设计过程为“正向设计”过程，它是由未知到已知，由想象到现实的过程。逆向工程的产品设计过程刚好与此相反，是一个“从有到无”的过程。首先从己有的实物或产品样件出发，通过先进的数字测量手段反向获取产品的外形数据，然后利用各种造型软件由点云数据重构出该产品的CAD模型，经过不断的修改后，形成图纸或可快速成形制造的CAD模型，最后转入加工制造或快速成形过程。逆向工程是对己有产品进行分析、改进和再创造的过程，是对已有设计的再设计。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程，是从数据采集、数据处理到常规CAD/CAM系统应用的多系统的融合过程。

三、逆向工程的应用

① 飞机、汽车、摩托车、家用电器等产品开发，在产品的空气动力学性能和美学设计显得特别重要的领域。

② 由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，经常要对已有的构件做局部修改的领域。

③ 在缺乏二维设计图样或原始设计参数情况下，需要将实物零件转化为计算机表达的产品数字化模型，以便充分利用现有的计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等先进技术，进行产品创新设计。

④ 某些大型设备，如航空发动机、气轮机组等，经常因为某一零件的损坏而导致整机停止运行。通过逆向工程技术，可以快速生产这些零部件的替代零件，从而提高设备的利用率并延长使用受命。

⑤ 一些特殊领域，如艺术品、考古文物的复制、医学领域中人体骨骼及关节等的复制、假肢制造等。

四、国内外研究现状 在国内的科研领域里，上海交通大学、西安交通大学、华中理工大学、广东省机械研究所、天津大学等科研机构都对逆向工程技术进行了深入地研究。国内的一些专家学者对于逆向工程及形位误差检测的理论与实际应用进行了深入细致地探讨，研究了测量过程中测点的自适应分布、测量路径的优化；提出了基于点的ICP算法，解决了逆向工程中任意多视点云的拼合问题；提出了基于最小二乘法、牛顿迭代法和遗传算法等来解决检测问题中的采样测量点与设计模型的匹配问题；针对有序离散点，提出了二次的曲面重构方法；结合测量数据结构的异同，介绍了各种计算机建模技术，并且指出它们在工程中各自的适用范围。

逆向工程测量规划与重建技术领域内的研究，在国外已形成一定规模，并具有相当的深度。一些重要的国际与国内的学术会议都将逆向工程及相关技术讨论作为一个重要的会议专题。

1998年全球反求工程技术系统加工中心达到331个，拥有快速成型机660台套，同时有27个快速成型设备制造公司，12个大的材料供应商，15个专业软件公司，再加上从事该项目的51个教育和科研机构以及227个提供赞助的基金会以及大量的激光设备应用者和真空铸造机制造者，形成了一个强大的集成体。在经过了初期50%的高速增长后，世界快速制造业正步入稳定增长期，年增长率保持在17%左右

目前与逆向工程相关的主流软件有：

美国Imageware公司的Surfacer；

美国Raindrop Geomagic公司的Geomagic Studio；

DELCAM公司的 CopyCAD；

韩国INUS Technology公司的 Rapidform；

PTC公司的ICEMSurf。

五、逆向工程的发展趋势 1)发展面向逆向工程的专用测量系统，使之能高速、高精度地实现实物数字化，并能根据样件几何形状和后续应用选择测量方式及路径，能进行路径规划和自动测量。

2)研究适应不同的测量方法和后续用途的离散数据预处理技术。3)拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑拼接

4)有效的特征识别和考虑约束的模型重建以及复杂组合曲面的识别和重建方法。5)发展基于集成的逆向工程技术，包括测量技术、基于特征和集成的模型重建技术，基于网络的协同设计和数字化制造技术等。

逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。比如，现在需要快速而精确的复制一个机械零件。首先通过三维激光扫描，获取其表面点云的三维数据信息，并由此信息在计算机中建立该物体的三维几何模型，并对该模型进行修正改进，进而开发出同类产品。当需要对零件设计进行修改的时候，只需对计算机中已经建立的三维模型进行修改，就可以获得同样的效果，大大提高了工作效率，缩短了工期。

应用范围：量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模、空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用、正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图还原、结构特性分析、试验工程仿真、后数据测量、目标形变监测、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析、对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试、整合三维资源、创建三维流程、工装工艺规划、改进改造工程、历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修等。

（二）测绘，检测技术 20 世纪 90 年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘、检测领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

（三）VRML

VRML 是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称，本质上是一种面向 web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。VRML 的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的 VR（虚拟世界）。现在流行于 Internet 的 VRML 技术如果没有足够的三维彩色模型，也只能是无米之炊，而三维扫描技术可提供这些系统所需要的大量的、与现实世界完全一致的三维模型数据。销售商可以利用三维扫描仪和 VRML 技术，将商品的三维彩色模型放在网页上，使顾客通过网络对商品进行直观的、交互式的浏览。想象一下，随着技术的发展，未来的在网络上挑选衣服的时候，用户可以下载商品的三维模型，并“试穿”到自己的三维模型上，这样就可以足不出户的挑选最适合自己的衣服，商家也可以通过这种方式为客户提供个性化的服务。当然这一切的前提是，客户和商家都用三维激光扫描仪扫描了自身和货品，并通过 VRML 建立了三维模型。

（四）文物保护

对于文物保护，三维扫描技术能以不损伤物体的手段，获得文物的外形尺寸和表面色彩、纹理，得到三维彩色拷贝。所记录的信息完整全面，而不是像照片那样仅仅是几个侧面的图像，且利用这些信息构建的模型便于长期保存、复制、再现、传输、查阅和交流，使研究者能够在不直接接触文物的情况下，甚至在千里之外，对其进行直观的研究，这些都是传统的照相等手段所无法比拟的。有了这些三维模型，也给文物复制带来很大的便利。

目前，许多国家己将三维激光扫描技术用于文物保护工作。美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施“数字化米开朗基罗”项目，计划将文艺复兴时期的这位意大利著名雕塑家的作品数字化。

欧洲的四家公司、三所大学、两座博物馆联合实施 Archatour项目，其主要目标是以三维数字技术改进考古、旅游领域中的多媒体系统，而三维扫描重建是其中的关键一环。英国自然历史博物馆利用三维扫描仪对文物进行扫描，将其立体色彩数字模型送到虚拟现实系统中，建立了虚拟博物馆，令参观者犹如进入了远古时代。2001年10月，加拿大保护中国文物基金会也向我国文物局捐赠了一套Innovision公司生产的三维激光数字扫描仪，用于对正在建设的三峡水利工程的三峡库区的古建筑、遗址和出土文物进行立体扫描重建，大量记录文物和考古现场

三维立体扫描技术的发展趋势：

随着光、机、电及计算机等技术的进步，三维激光扫描仪必将向着扫描速度更快、精度更高、更轻便携带的方向发展。加之对所扫描对象没有限制的特性，三维扫描仪必将被应用于更广泛的领域。

测控技术与仪器1101班

1503110110 陈浩

2013年12月5日

篇2：三维技术

南昌航空大学航空制造工程学院

摘要：为了更好的应用计算机三维建模技术，本文讲述了计算机三维建模的含义，描述了三维建模的发展历史，说明了三维曲面建模和三维实体建模的主要方法与应用、数据交换接口、三维建模技术的发展趋势。关键字：三维建模技术 1 引言

为了能够在计算机环境下更逼真地模拟现实世界的人和物及其运动形态, 必须在三维空间系统中利用已有的三维建模技术 ,精确地描绘这些事物以实现三维物体的真实再现 ,进而为用户创造一个身临其境、形象逼真的环境。对现实世界的事物进行建模和模拟,就是根据研究的目标和重点, 在三维空间中对其形状、色彩、材质、光照、运动等属性进行研究 ,以达到 3D 再现的过程。因而, 对三维实体的图形图像处理及其模型建模研究显得尤为必要。2三维建模技术的定义、发展历史

三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表达、存储和处理的技术，在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术 才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术等。线框模型：20世纪60年代末开始研究线框和多边形构造三维实体，这样的模型被人称为线框模型。三维物体是由他的全部顶点以及边的集合来描述。曲面模型：曲面模型是在线框模型的数据结构基础上，增加可形成立体面的各相关数据后构成的。

实体造型技术：实体模型在表面看来往往类似于经过消除隐藏线的线框模型在线框模型或经过消除隐藏面的曲面模型；但实体模型上如果挖一个孔，就会自动生产一个新的表面，同时自动识别内部和外部；实体模型可以使物体的实体特性在计算机中得到定义。

特征参数化技术：参数化造型的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一系列在形状或功能上具有相似性的设计方案。

篇3：三维虚拟人技术研究

虚拟人技术是高度逼真的现实人体的数字化再现技术, 它以虚拟现实技术为基础, 主要研究人类的各种特性如面貌、表情、行为、感知、情感、心理和社会性等在虚拟空间中的数字化表示。角色动画技术, 本质上来说, 就是拟人动画—从运动考虑。角色动画技术一直是学术界和产业界关注的焦点, 它已经广泛地应用于游戏动画、产品设计、虚拟现实和体育训练等诸多行业, 成为目前计算机领域最活跃的研究课题之一。

2、角色动画技术

根据角色表示方式的不同, 三维角色动画技术分为以下四种: (1) 关节动画技术。关节动画又叫杆状动画, 它是早期的角色动画表现形式。关节动画中的角色由若干个独立的部分组成, 每一部分又分别对应一个独立的网格模型, 不同部分按照角色的特点组织成一个层次结构。通过改变模型中不同部分之间的相对位置, 就可以实现所需要的动画效果。 (2) 顶点动画技术。顶点动画又叫关键帧动画, 它标志着真实感角色动画的开始。顶点动画中的角色由一张完整的网格模型构成。顶点动画文件中只保存角色动画关键帧的顶点位置信息, 播放动画时, 根据时间对两个关键帧的位置信息进行插值计算以得到对应时间的动画数据。 (3) 骨骼蒙皮动画技术。骨骼蒙皮动画是一种仿生学技术, 可以看作是关节动画和顶点动画的简单结合。它采用简化的分层表示模型, 主要包含两部分数据:层次化骨架和蒙在骨架上的皮肤, 如图1所示。用骨骼承载运动, 用皮肤表达角色, 由骨骼控制皮肤变形达到角色动画的目的。 (4) 多层模型动画技术。多层模型动画是在骨骼蒙皮动画基础之上, 通过在皮肤层和骨骼层之间添加其它层次形成的。它的控制机制比较复杂, 由骨骼承载运动, 且骨骼控制肌肉层, 皮肤层由骨骼、肌肉和脂肪层共同控制生成动画。

3、几种角色动画技术的比较和分析

(1) 关节动画技术优缺点。关节动画形式结构简单, 对动作的表达效果也比较好, 且易于理解, 适合用于以人体姿态表达为主的领域;缺点是不能很好的表达角色的非运动信息, 且在关节结合处会出现明显的裂缝。

(2) 顶点动画技术优缺点。同关节动画相比, 顶点动画看上去更加真实自然, 也不会出现关节动画中的接缝问题。但这种动画需要耗费大量的空间去存放网格模型中所有的顶点信息数据, 并且对动画数据的控制级别也比较低, 导致修改动画操作相当复杂, 适应性也比较弱, 不能实时交互, 另外, 由于动画数据被预先保存到文件中的, 又缺乏一定的灵活性。

(3) 骨骼蒙皮动画技术优缺点。骨骼蒙皮动画同关节动画和顶点动画相比, 效果更逼真生动, 交互性更好, 并且控制层次高便于修改动画数据;缺点是骨骼控制皮肤的实现机制复杂, 需要的计算量较大。但是, 随着3D硬件技术的不断提高, 越来越多的复杂计算都可以通过硬件直接实现。因此, 骨骼蒙皮动画成为目前应用最为广泛的角色动画技术。

(4) 多层模型动画技术优缺点。多层模型动画中对肌肉的模拟可以大大提高动画效果的逼真性, 但是由于计算的时间和空间复杂度非常高, 目前还没有大规模地投入应用。

综上所述, 从逼真性和可行性方面综合考虑, 骨骼蒙皮技术在构建角色动画方面都具有明显的优势。

4、骨骼蒙皮动画的实现

骨骼蒙皮动画主要涉及三个方面的数据:运动数据、骨骼数据和皮肤数据。其中运动数据又包含平移数据和旋转数据两部分;骨骼数据又分层次化和非层次化结构数据两种类型;皮肤数据主要是指构建的人体网格模型和覆盖纹理。本文在Open GL开发环境下, 基于动作库提取出了层次化的骨骼数据, 采用三维建模软件3ds Max构建了模型的皮肤数据, 实现了虚拟人的行走运动仿真, 效果逼真、速度流畅, 渲染单人时速度可达200帧/秒以上, 效果如图2所示。

5、结语

本文对比分析了几种典型的角色动画技术的优缺点, 指出骨骼蒙皮动画的特点和优势, 并采用骨骼蒙皮技术实现了虚拟人的行走仿真, 取得了良好的效果。骨骼蒙皮动画如今已是动画制作软件中广泛使用的角色动画技术。随着计算机计算能力特别是3D硬件处理能力的不断提高, 实时骨骼蒙皮动画也已经从早期的实验阶段走向成熟阶段。相信未来几年随着计算机图形学理论研究的不断深入, 三维虚拟人技术将会得到进一步的发展和应用。

参考文献

[1]王晓山, 郭巧.虚拟人步行运动的计算模型.计算机工程与应用, 2005.3:55～57.

[2]王洪福, 陈雷霆, 李东魁.三维图形引擎中骨骼蒙皮动画的一种实现方法.计算机应用研究, 2006.12:349～356.

[3]李东魁, 陈雷霆, 王洪福.骨骼蒙皮动画中网格优化的研究与实现.计算机应用, 2006.26 (1) :138～142.

篇4：三维动画技术与三维虚拟技术探讨

关键词：三维动画技术；三维虚拟技术；对比研究

随着计算机技术和软件技术的不断发展和应用，三维图形技术也得到了很快的发展。相比于平面图形，三维图形更加立体、直观，能够更好的阐述相关内容，因此得到了人们的广泛重视。当前的三维图形技术主要包括三维动画技术和三维虚拟技术两种，这两种技术都是对想象的世界进行真实的模拟。其中，三维动画技术主要应用于广告、电影等预先设计好的演示，而三维虚拟技术则多用于仿真，需要对用户输入做出实时反应。

一、三维图形技术的应用原理

（一）三维动画技术的应用原理

1.造型

造型就是在计算机中利用三维造型软件进行三维物体的绘制。在造型之前，需要对三维物体在场景中的位置、以及它们的形状进行设计和确定。在进行造型的过程中，首先对基本的几何形状进行绘制，然后根据所需要的具体形状对其进行改变。再利用不同的方法，将这些形状进行组合，完成负责几何形体的建立。在三维物体制作完毕之后，在具体场景中，根据其适当的位置，将完成造型的三维物体放置其中，从而形成完整的场景[1]。

2.动画

动画的目的是使各个三维物体进行运动。对此，首先需要对关键帧进行定义，制作人员需要在计算机当中一幅一幅的进行画面的绘制。因此，要求动画制作人员的绘画水平必须达到较高的水平，才能够将动画画面设计的生动、逼真。然后，按照一定得顺序，将这些画面进行排列和组合，使其达到连贯和连续。此外，可以在动画当中插入一些中间帧的画面，可以利用计算机进行中间帧的制作。通过以上步骤，就可以制作出十分真实的动画。

3.绘图

在动画的制作当中，良好的视觉效果和非交互的美学体验是十分重要的。因此在动画绘图的过程中，需要对光纤、贴图、色彩等方面进行严格的控制，从而使动画效果能够更加的逼真、贴近现实[2]。

4.着色输出

在当前应用的动画制作软件当中，通常都对动画生成功能进行了提供。它可以将动画绘图过程中制作的画面进行连接，从而形成类似于电影的形式，这就是动画视频。动画视频是以视频文件的形式进行输出和保存，如果需要观看，只需要播放该文件，就能够进行观看。

（二）三维虚拟技术的应用原理

1.实时显示技术

目前，三维图形的显示技术已经较为成熟，但是最关键的问题就是显示的实时性。为了能够迅速的生成三维几何图形，对于图形的刷新频率要求就比较高，最低速率也要达到每秒15帧的图像刷新。要达到这一要求，与图形的复杂度、画面的纹理、阴影、照明度等因素都有着一定的关系。因此，三维图形实时显示技术的关键，在于对合理的技术措施进行利用，从而使可是场景的复杂度得到降低。

2.交互技术

在三维虚拟技术的研究当中，其一个重要的目标就是将人们所处的实际环境与计算机系统之间的界限进行消除。也就是说，在计算机系统提供的虚拟空间当中，人们可以通过语言、头、皮肤、眼睛、手势等感觉器官与行为动作，与其直接发生面对面的交互。目前三维虚拟技术的交互技术主要包括虚拟环境基本交互、虚拟环境交互、碰撞检测等方面。

3.三维虚拟仿真系统的建立

三维虚拟仿真系统的建立，是一个较为系统的工程，主要可以分为两个方面。其一是对三维视景数据库进行建立，在建立过程中，应当采用三维视景数据库建模和优化工具平台等进行模型的构建，而不宜采用3DS MAX等普通的建模工具。这样，才能够有效的提高反应速度，保证交互性和三维性之间的逻辑关系。其二是进行三维视景管理系统的开发，通过对良好的现实途径进行利用，使该系统能够调用各种数据库、优化硬件资源、显示系统最终的效果，实现各种操作[3]。

有两种途径能够实现系统的开发。第一种是对底层三维图形开发库进行利用。其中，DirectX、OpenGL等三维图形开发库较为常用。对该方法进行应用，要求先关的开发人员必须对视点、光照、三维变换、三维坐标的进行熟悉的掌握和应用，同时能够自行进行编码的设计，保证相关功能的实现。这种方式灵活性较大，同时由于是免费提供的，因此也不涉及到版权的问题。不过，对此种方式进行利用，需要进行大量的工作。如果需要进行一般规模系统的完整制作，至少需要一年以上的积累才能够完成。同时，系统内部很多的处理，都是由软件开发人员自行考虑的。因此，很容易发生考虑不周全的情况，导致制作出来的系统性能十分不理想。

第二种方式是对高层开发平台工具进行利用，例如OpenInventor、WorldToolKit、Worldup、X-IG、Vtree、VEGA、OpenGVS等工具平台。这样写开发平台都是以OpenGL图形标准为基础的高级三维可视化函数库，提供了高级的API软件的开发。通过对这些开发平台进行利用，能够有有效的减少代码量，从而降低工作量。在三维图形应用系统当中，这些开发平台具有周期短、性能好等优点，不过需要出资购买，因此成本较高[4]。

二、三维图形技术应用系统的开发方法

（一）三维动画技术应用系统的开发方法

在当前主要应用于三维动画应用系统开发的平台工具当中，3D Studio Max是一种应用比较广泛的工具。在实际应用当中，需要现在3D Studio Max中对三维场景内各个物体的立体模型进行绘制。如图1所示，是一个真空断路器的模型，它的构成主要是多个几何体。在3D Studio Max当中，对每一个几何体进行绘制，然后对其进行组合。在利用3D Studio Max制作动画的过程中，对真空断路器从当前位置向右进行90°水平旋转的动画，进行的方式为关键点的设定。然后加入特定的灯光、材质等效果，取得更加生动、逼真的显示效果。最后，利用渲染按钮，对一些相关参数进行设定，然后进行动画的生成[5]。假设设定的关键帧参数为5个，则这5个关键帧所对应的图片如图1中所示。

图 1 真空断路器动画的关键帧

将以上五个图片，按照一定的顺序进行连接，就能够生成相应的动画视频文件，并在需要的时候对该文件进行播放。在播放动画的过程中，上面五个图片通过连续的效果进行显示，就能够产生该断路器以90°向右旋转的视觉效果。如果需要达到垂直旋转的效果，需要重新对动画进行制作，将上述步骤中水平方向上的旋转改变为垂直方向上的旋转，然后以此进行后续工作，最终得到新的图片序列。在实际应用当中，有时为了取得相应的动画视频效果，需要成千上百张这样的图片进行组合，才能够最终实现。

（二）三维虚拟技术应用系统的开发方法

在三维虚拟技术应用系统的的开发当中，MultiGen+ OpenGVS是一个十分常用，也是十分有效的开发工具平台。在应用过程当中，三维视景数据库是通过MultiGen来建立的，如图2所示，是一个封隔器的模型。在以三维模型的形式进行显示的同时，在三维视景数据库当中，还通过各种参数的方式进行存储，以备后续工作中进行调用[6]。

图 2 封隔器模型

对三维视景进行相应的操作所利用的三维视景管理系统，是利用VC++的OpenGVS进行开发的。利用这个管理系统，能够对三维视景数据库当中的各个参数进行直接的读取，在显示器中显示三维模型，在适当的位置进行放置。同时对三维几何变换进行利用，对封隔器进行各种不同的操作，例如拾取、移动、斜向、垂直、水平等各个方面的旋转等。通过相应的编程就能够实现这项功能，而不需要进行关键帧、关键点的方面的制作。如果先要进行操作的增加，也不需要进行重新的建模和动画制作的过程，只需要添加能够实现增加操作的代码在原有的模型基础之上，就能够实现操作功能的增加，具有极大的灵活性和便利性[7]。

三、三维动画技术与三维虚拟技术的对比

（一）三维动画技术的固定性

在三维动画技术当中，三维动画的过程、时间都是无法改变的，是固定存在的。在三维动画播放的过程中，其动画画面的顺序不会按照用户的想法来实时的进行变化。而三维虚拟技术则不然，它没有时间上的限制，可以使展示过程更加的详细、真实。在三维虚拟技术系统当中，用户可以进行任意的操作，同时还会对用户进行的操作进行相应的反应。

（二）三维虚拟技术的实时性

三维虚拟技术的实时性，是其与三维动画技术之间最大的区别。由于具有良好的实时性，三维虚拟技术能够在虚拟场景当中，实现人机之间的交互。在三维动画技术当中，动画的制作是沿着某种固定路线进行制作的固定动画，一旦制作完成，就无法进行改变。如果需要改变演示的路径和方式，仅仅几分钟的动画还需要进行几天时间的制作和渲染。而三维虚拟技术则不然，它所制作的场景具有良好的可变形，用户可以利用键盘、鼠标、甚至数据手套等相关的交互设备，对虚拟三维空间进行亲身的体验，感受步移景异、身临其境的体验，其双向互动的功能十分良好。

（三）三维建模

在三维建模的过程当中，三维动画对模型的视觉效果、光照、美观等方面的要求比较高，因此在模型建立过程中，需要仔细的刻画更多的细节之处。而三维虚拟技术注重的是操纵和控制场景或场景中的物体。相比于三维动画，三维虚拟建立的模型细节之处通常比较少，这样能够使绘制速度得到提升，同时一能够降低滞后时间的影响。因此，对于需要根据用户的具体输入，对物体的状态和场景的改变进行实时的控制的应用来说，三维虚拟技术建模是最为合适的。例如，用户可以根据输入相应的命令，实现在街道、校园、旅游景點等地的游览。或是对事故现场进行模拟，通过人们的实际行为和动态，对事故发生的过程进行显示。还可以对油田油水井的井下作业过程进行模拟，根据给定的相关参数，对作业过程进行实施。如果给出不同的参数，那么具体的方案也会不同，作业的过程就会发生相应的变化。

结论

三维动画技术和三维虚拟技术是当前三维图形技术当中最为重要的两个部分，在很多领域中都具有十分广泛的应用。但是，在实际应用中，这两项技术都拥有各自不同的优缺点。在不同领域当中，能够发挥不同的作用。因此，应当根据两种技术的特点，结合实际应用的需要，选择最为适当的技术进行应用。

参考文献：

[1]刘贤梅，黄静，刘晓明. 三维动画技术与三维虚拟技术的研究[J]. 计算机仿真，2014，09：127-130.

[2]胡西伟. 基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究[D].武汉大学，2012.

[3]张竑. 数字媒体时代的三维动画变革研究[D].哈尔滨师范大学，2011.

[4]陈晓群. 虚拟现实技术与三维动画技术探析[J]. 艺术评论，2013，02：67-68.

[5]陈征. 二维动画与三维动画的融合研究[D].河北师范大学，2014.

[6]邱晓岩，孙慧. 影视动画二维技术与三维技术的探讨[J]. 深圳信息职业技术学院学报，2011，02：84-88.

[7]黄菁. 影视广告创作中三维动画运用之探析[D].浙江工商大学，2012.

篇5：三维全景智能电网技术论文

1.1电网设备高精建模与渲染

为了更精确的对电网设备进行三维可视化表达，根据杆塔和变电站设备的竣工图纸进行1:1高精建模。杆塔建模主要需要杆塔明细表、杆塔结构图、基础配置表等资料，绝缘子建模主要需要绝缘子设备图，变电站建模主要需要总平面布置图、电气主接线图、各电压等级配电装置间隔断面图、一次电气设备厂家资料及建筑图纸。设备三维建模的格式是当前主流的dwg及3ds格式，通过格式转换成为三维全景智能电网技术所能支持的格式后在系统中进行三维渲染，达到逼真的展示效果。

1.2电网业务数据一体化整合为解决国网甘肃省电力公司各部门之间业务数据相互孤立的状态，通过建立“数据中心”的方式对省公司现有各个业务系统的数据进行整合，并在统一平台下进行查询统计，以消除“信息孤岛”，实现数据共享。首先，对现有各个业务系统的数据进行分析，梳理出需要进行共享的业务数据清单。其次，通过数据抽取服务器将现有业务系统数据抽取到数据中心，或者现有业务系统将数据推送到数据中心实现业务数据一体化整合。为提高数据访问的效率及系统稳定性，数据中心服务器通过OracleRac进行双机热备。

1.3空间信息与业务数据高度融合传统的业务数据在信息系统中主要以表格和文字的形式进行表达，在数据的空间性和直观性上比较欠缺。而三维全景智能电网技术通过建立电网空间信息与业务数据的关联关系，实现二者之间的高度融合和“所见即所得”，在宏观场景下，可以直观地查看所有电网工程的空间位置，并查看其业务信息；在微观场景下，通过点击电网设备的高精度三维模型，可以查询与之对应的所有业务信息。真正实现了“可视化工作”和“直观管理”。

2电网规划与建设一体化应用

三维全景智能电网技术作为一种直观反映空间对象位置、关系及业务信息的技术手段，通过在甘肃电网信息化中的应用，建立“甘肃电网三维数字化工作平台”(以下简称“平台”)，可以实现对甘肃电网规划与建设的一体化管理。一方面，通过采购高清卫星影像覆盖甘肃全省，构建甘肃全省的三维地形地貌。在宏观场景下，可以看到全省110kV及以上网架结构，在微观场景下对全省330kV及以上的变电站和线路进行1:1真实建模，从而实现甘肃电网从宏观到微观的全景展示。另一方面，通过空间信息与业务数据高度融合技术，在平台上整合甘肃省电力公司现有业务系统及信息资源，建成一个立体、直观、统一的一体化业务平台，服务于电网规划建设全过程。因此通过三维全景智能电网技术的应用及平台的构建，能大大提高电网规划建设的工作效率、管理水平及决策水平。

3结论与展望

3.1结论

通过三维全景智能电网技术在甘肃电网信息化中的研究与应用，可产生以下应用效益：

(1)整合全网资源，实时信息共享，循环增值通过在统一平台下对全网信息资源进行整合，大大提高了数据在全网的共享性，同时可形成无形的经验数据和资源积累，为后续工作提供借鉴，支持再创新。

(2)融入公司业务流程，服从统一权限管理平台与省公司站集成，实现与省公司门户集成，按照省公司统一的角色权限配置机制分配权限，纳入省公司一体化管理流程。

(3)实现数据管理模式变革性创新通过电网业务数据的一体化整合，将重点关心数据在统一平台下进行集约化、规范化管理，由审批式管理过渡至权限式管理，由节点式管理过渡至扁平化的网状管理。

(4)全新管理模式，树立省公司发展新形象通过三维可视化与各类业务数据的高度融合，服务于甘肃电网主营业务的全过程，面对甘肃电网快速发展及日益增长的电网信息，提供一种全新的管理手段及信息支撑，也成为树立省公司发展新形象的窗口。

3.2展望

为进一步纵深推进甘肃电网业务应用与管理提升，从以下几方面对三维全景智能电网技术的研究与应用进行展望。

(1)提升基础数据精度，构建完备电网架构甘肃省作为疆电外送、酒泉风电基地能源外送的核心走廊，对电网精细化管理要求更高，同时，陇南和天水为灾害多发区，在规划及应急等方面需要更高精度的基础地理数据作为支撑。因此可以在现有2.5m分辨率卫星影像基础上，进一步充实全省更高精度(优于0.5m分辨率)的航飞影像数据。同时，可以将35kV及以上网架坐标也纳入到平台，用典型模型进行展示，建成完备的甘肃全境网络架构，进一步加强对全省电力设施的全面展现和统筹管理能力。

(2)提升业务应用的深度，拓展业务辐射范围一方面，可以以规划为试点，逐步提升业务应用深度，更好发挥三维智能电网技术在应用中的实用性；另一方面，在现有“电网业务数据一体化整合”的基础上，进一步拓展业务数据整合的范围，提供更全面的业务管理手段及决策支撑。

篇6：高二信息技术 三维动画制作教案

（1课时）

一、教学目标：

1、了解动画的构思与设计；

2、熟悉COOL 3D软件的工作界面并了解COOL 3D的功能；

3、能够利用COOL 3D制作简单的立体动画，创建立体文字动画，美化标题文字，二、教学重点难点 教学重点：

1、熟悉COOL 3D软件的工作界面并了解COOL 3D的功能；

2、能够利用COOL 3D制作简单的立体动画，创建立体文字动画，美化标题文；

3、调整动画效果； 教学难点：

利用COOL 3D制作简单的立体动画，创建立体文字动画，美化标题文。

三、教学过程：

1、回顾

多媒体项目设计的基本流程：

项目设计 素材准备 集成输出

2、课题引入

在电影开始放映和电视节目开始播放时，都会有漂亮的片头吸引人的注意

欣赏三维动画作品

3、知识点讲解

(1)如何构思与设计片头(包括动画设计、技术设计——COOL 3D)(2)熟悉COOL 3D的工作界面

打开COOL 3D软件，介绍界面的各个区域窗口。

(3)用COOL 3D创建文件、保存文件；(教师演示操作过程)(4)COOL 3D的功能（以制作立方体动画为例）

百宝箱的使用(对象的插入、特效添加等)对象管理器

动画的编辑（帧的编辑）(5)动画效果的调整

对之前制作的立方体动画进行调整，(包括尺寸、位置、方向)讲解属性菜单的使用。(6)添加标题

文字按钮

文字的修改

去除文字效果

(7)视频的输出(调整动画设置，输出)

4、小结：

本节主要讲了COOL 3D的基本功能及其使用方法。和简单的三维动画的制作。

5、任务

篇7：三维技术在林业方面的应用初探

三维技术在林业方面的应用初探

以抚顺市为例,提取该市地形图中的高程点和等高线信息构建DEM,与相应区域的`SPOT 5融合影像和森林资源调查小班数据进行叠加,制作三维影像,并实现简单的查询、定位、统计等功能.

作 者：熊静 王玲 陆小辉 周定辉 赵雪磊 马岩鹤 XIONG Jing WANG Ling LU Xiao-hui ZHOU Ding-hui ZHAO Xue-lei MA Yan-he 作者单位：辽宁省林业调查规划院,辽宁,沈阳,110122刊 名：林业调查规划 ISTIC英文刊名：FOREST INVENTORY AND PLANNING年，卷(期)：33(5)分类号：P228 F316.23关键词：数字高程模型(DEM) 森林资源调查 三维影像 地理信息系统

篇8：三维CFD技术应用

高质量的火灾爆炸危害分析能够很好地优化工艺安全设计,并有效地节约投资。一个成功的火灾爆炸危害分析,不仅仅是借助于火灾爆炸事故后果模型计算出一些事故场景结果。火灾爆炸危害分析是一项系统性的工作,需要借助系统性的策略和分析方法,才能够有效地选取出“典型”的事故场景,从有限数量的事故后果模拟计算结果中得到比较有价值的工艺安全设计措施。

虽然已有大量防火、抗爆设计标准提出了明确的工艺安全设计和管理要求,但通过火灾爆炸危害分析,总能获得有价值的发现,这也是一些处于行业领导地位的国际石油公司、化工公司认可火灾爆炸危害分析的作用,并认真对待和开展火灾爆炸危害分析的原因之一。特别是采用新工艺的装置,或者产能大幅提高的装置,火灾爆炸风险也会相应增加,因此,相对滞后的工程标准往往无法解决此类新工程出现的新问题。火灾爆炸危害分析、定量风险评估(QRA)、危险与可操作性分析(HAZOP)等工艺安全分析技术则为解决这些新问题提供了途径,其中火灾爆炸危害分析则能够更为直观地提供参考。目前,CFD火灾爆炸危害分析已被广泛应用于陆上装置工艺完全设计、海洋石油天然气行业防火设计和抗爆设计等领域。

成功要素分析

火灾爆炸危害识别

火灾爆炸危害识别主要是指确定工艺系统中可能会发生哪些火灾爆炸事故类型,以及这些事故的发生条件、过程和影响。识别时,可开展专门的火灾爆炸危害识别讨论会,也可从其他危害识别活动中得到有价值的信息,比如HAZOP分析、Bow-tie(蝴蝶结模型)或QRA等。

详细的三维几何模型

复杂地形、高大工业建筑等可能影响气体流动的结构特征,都会体现在CFD三维几何模型中。由于空间结构的密集程度和开放程度对气体爆炸结果有非常大的影响,因此,通常必须对结构体的空间密度进行精确测量或合理估算,并构建在三维模型中。

合理的泄漏条件

根据危害识别的结果定义合理的泄漏孔尺寸和泄漏方向,而泄漏持续时间可用于推测火灾持续时间。

识别点火源

评估区域内潜在的点火源分布情况,包括动火作业、转动设备、电气设备等,以及采取了哪些控制措施。

消防分析

识别区域内已经采取了可燃气体探测、火焰探测、紧急切断和放空、消防水和泡沫灭火系统等措施,但其对特定气体扩散和火灾场景的有效性有必要进一步评估。

应用实例1邦斯菲尔德事故调查

2005年12月11日,英国伦敦北部的邦斯菲尔德油库发生了大爆炸事故,并随后引发了大火。最剧烈的爆炸冲击波达到了700~1000k Pa,持续燃烧了5天的大火烧毁了23座储油罐。

2006年1月,英国健康安全委员会任命部分人员组成了邦斯菲尔德重大安全事故调查委员会,联合健康安全执行局以及环保局进行了为期3年的全面事故调查。同年5月,调查委员会发布了调查进度报告,报告的第3部分第55节称:“产生在北门和复式停车场的超压值的大小与当前报告对蒸气云爆炸的解释不相符,目前该项调查还无法确定:为什么在停车场相对空旷的环境中,会产生如此大的爆炸超压,对房屋造成了严重的破坏。”

邦斯菲尔德油库事故的爆炸超压值超过了一般同类事故超压值的4倍,如此严重的爆炸是前所未有的。为了明确异常超压产生的原因,调查委员会邀请学术界和工业界的爆炸专家,对爆炸机理开展进一步研究。经过对油库现场进行调查得出,油罐区的拥塞程度(空间内实体结构布置的密集程度)不能完全解释异常超压产生的原因。经过进一步的现场调查,专家发现围绕油库的道路周围生长着茂密的树林和低矮的灌木丛,这些树林和灌木丛的拥塞程度较高,可能对爆炸产生了明显的火焰加速,从而形成了较大的爆炸超压。

此前的事故调查中运用的二维爆炸模拟手段均无法验证障碍物存在对爆炸后果的影响,需要运用三维CFD模拟技术来验证这一推测。调查组运用专业的CFD软件对油库爆炸事故进行了对比模拟和场景再现。在模拟中,模拟物料为丁烷混合气体,CFD模型中分别考虑了树林和灌木丛存在和不存在2种情形。

当模型考虑树林和灌木丛时,在油库的某些地方,超压值达到1 000 k Pa,这与现场调查到的损失状况相一致。而对于模型中未考虑树林及灌木丛的情形,超压值则不超过10 k Pa,此超压结果值与现场观察到的损失状况相比,明显不符。

随后,在2008年,爆炸专家团队进一步开展了大量现场物理爆炸验证实验,实验结果证实,三维CFD数值模拟计算结果接近实际情况,与实际探测到的爆炸超压值相符。

从拥塞程度对事故后果的影响角度出发,在CFD模拟工作中尤其需要注意三维几何模型的详细搭建和周边环境的模拟。CFD模拟中所用到的三维模型应尽可能与被模拟现场情况保持一致。特别是在爆炸模拟中,在可能形成爆炸性云团的密闭空间、仪表和细小管线等小设备均会影响到拥塞程度,进而影响爆炸后果。因此,三维模型中的拥塞程度应与真实情形尽可能保持一致。从邦斯菲尔德油库爆炸事故调查中得出,除了考虑装置本身的拥塞程度外,装置周边环境中可能形成爆炸性云团空间的拥塞程度也需要考虑。

应用实例2在设计阶段的运用

在某大型油气储运工程陆上终端的基础设计阶段,设计方采用CFD数值模拟技术对潜在的气体扩散、火灾爆炸危害开展了定量分析,进而对重要建筑物的选址和抗爆设计、工厂平面布局、防火设计、应急疏散等方面进行了评估和优化。特别是解决了业主原来所担忧的建筑抗爆设计超压值过高的问题,避免了不必要的工程投资所造成的资源浪费。

在分析之前,设计方开展了危害识别(HAZID)讨论会,用于识别可能导致工艺物料泄漏的事件,并利用风险矩阵方法评估泄漏事故的风险等级,危害识别的结果也为定义代表性的泄漏孔尺寸提供了依据。在构建该陆上终端三维几何模型之后,采用CFD技术对火灾爆炸事故场景进行了数值模拟和事故影响评估。此次的CFD火灾爆炸危害分析结果对工艺安全设计贡献的重要价值包括以下3点:

第一,中央控制室遭遇的最大可信气体爆炸超压值为10 k Pa,而不是原来计划采用的21 k Pa。防爆等级的合理化节省了不必要的资金投入,优化了工程投资。

第二,有个别相邻工艺单元的防火距离已经满足了标准要求,但CFD火灾模拟结果表明,某高压工艺单元的喷射火火焰能够进入邻近工艺单元,短时间内就足以造成设备失效和事故升级。因此,推荐新的设计方案在2个工艺单元之间增设相应耐火等级的防火墙。