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可視化技術(shù)研究范文1

關(guān)鍵詞：LOD技術(shù)；Creator；簡化

模型的實(shí)時(shí)繪制是虛擬現(xiàn)實(shí)的一項(xiàng)基本要求，而計(jì)算機(jī)所提供的計(jì)算能力往往不能滿足復(fù)雜三維場景的實(shí)時(shí)繪制要求。1976年，Clark提出了細(xì)節(jié)層次(LeveI ofDetail，LOD)模型的概念，認(rèn)為當(dāng)物體覆蓋屏幕較小區(qū)域時(shí)，可以使用該物體描述較粗的模型。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的場景繪制時(shí)，在不同的顯示時(shí)段需要不同的簡化模型，因此需要進(jìn)行一系列簡化。

一、LOD技術(shù)相關(guān)研究

LOD技術(shù)是指在同一個(gè)場景中，依據(jù)視覺的特性，遠(yuǎn)離視點(diǎn)的物體只需較粗的細(xì)節(jié)，而只有離視點(diǎn)較近的物體才需要詳細(xì)的細(xì)節(jié)，這樣便可以通過具有不同細(xì)節(jié)的描述得到一組模型，供渲染時(shí)使用。LOD技術(shù)主要有頂點(diǎn)刪除、三角形刪除、三角形合并、基于包絡(luò)網(wǎng)格的模型簡化等算法。1992年后，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出了許多LOD技術(shù)模型生成算法，對地形網(wǎng)格生成而言主要有基于規(guī)則三角形網(wǎng)格算法和基于不規(guī)則三角形網(wǎng)格算法兩類。作為對規(guī)則三角形網(wǎng)格算法多分辨率地形的簡化，在大地形的場景繪制時(shí)，在不同的顯示時(shí)段需要不同的簡化模型，因此需要進(jìn)行一系列簡化。Hoppe提出了一種遞進(jìn)網(wǎng)格算法，增加三角形到任意網(wǎng)格來滿足需要的細(xì)節(jié)，后來又對遞進(jìn)網(wǎng)格算法進(jìn)行了擴(kuò)展，形成了基于視點(diǎn)的遞進(jìn)網(wǎng)格算法，避免了三角剖分給整體網(wǎng)格帶來的影響。

二、實(shí)物模型在Creator軟件中的LOD簡化

Creator軟件中的LOD技術(shù)主要通過設(shè)置模型的Switch ln、Switch Out值來實(shí)現(xiàn)不同視點(diǎn)距離顯示不同復(fù)雜度模型。在實(shí)際開發(fā)中注意相鄰復(fù)雜度模型中低復(fù)雜度模型的多邊形數(shù)目是高復(fù)雜度模型多邊形數(shù)目的75％。采用該技術(shù)不但可以增強(qiáng)場景的逼真度，也可以減少場景繪制的多邊形的數(shù)量，既提高了可視性又節(jié)約了系統(tǒng)資源。

可視化技術(shù)研究范文2

關(guān)鍵詞：大型水利水電工程；建筑物；三維可視化建模技術(shù)

在現(xiàn)代信息技術(shù)不斷深化發(fā)展的過程中，大型水利水電工程建設(shè)現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)成為其發(fā)展的必然趨勢，而三維可視化仿真模型的構(gòu)建是推動(dòng)其發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，三維可視化仿真模型的直觀性、可操作性都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，所以對其展開研究對提升大型水利水電工程整體性能具有重要的意義。

1大型水利水電工程的數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型的性能決定其包括能夠描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、能夠描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征得到數(shù)據(jù)操作和保證系統(tǒng)整體持續(xù)運(yùn)行的完整性約束三個(gè)主要結(jié)構(gòu)，其共同使數(shù)據(jù)模型能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)世界真實(shí)的模擬，能夠通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)并被人類理解。通常大型水利水電工程建筑物中同時(shí)存在規(guī)則和不規(guī)則的實(shí)體，在建筑模型中需要將建筑物中真實(shí)存在的面和體分為規(guī)則和不規(guī)則兩種類型，通常平面區(qū)域或規(guī)則的曲面區(qū)域在數(shù)據(jù)模型中會(huì)視為規(guī)則面對像，否則為不規(guī)則面對像，體對象作為多個(gè)面對像構(gòu)成的空間實(shí)體，其中如果存在一個(gè)及其以上的不規(guī)則面對像，則數(shù)據(jù)模型視其為不規(guī)則體對象，由此在數(shù)據(jù)模型中將規(guī)則面對像表示為多邊形或函數(shù)構(gòu)造面；將規(guī)則的體對象表示為長方體、圓柱體等幾何構(gòu)造體；將不規(guī)則面對像表示為TIN面片；將不規(guī)則體對像表示為以上基本元素的組合。某大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術(shù)中需要面對建筑物的點(diǎn)、線、面、體對象構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，其點(diǎn)對象的三維空間位置可以通過Q(x，y，z)表示，而兩個(gè)點(diǎn)對象的三維空間位置即可以描述建筑物的線段對象，而多個(gè)線段對象將共同組成線對象，線對象又可以描述幾何要素，由此可見數(shù)據(jù)模型可以實(shí)現(xiàn)對規(guī)則或不規(guī)則建筑實(shí)體的描述，三維可視化建模的數(shù)據(jù)模型實(shí)質(zhì)上是以面對像或面對像的組合形式對建筑物實(shí)體進(jìn)行仿真，所以在設(shè)計(jì)的過程中可針對不同的面對像進(jìn)行優(yōu)化，有利于建筑物整體性能的提升。

2大型水利水電工程建筑物的建模思路

由于構(gòu)建的三維可視化模型既要表述系統(tǒng)的組成，又要表述復(fù)雜系統(tǒng)中不可分解的子系統(tǒng)，所以模型要由不同的模塊構(gòu)成，而模塊之間既要有層次結(jié)構(gòu)，又要具有組成和可連續(xù)的關(guān)系；不同模塊其在構(gòu)建的過程中需要用獨(dú)立的物理設(shè)備或部件；能夠通過獨(dú)立的數(shù)學(xué)描述各模塊的特征。三維可視化模型模塊之間的關(guān)系決定，對建筑物實(shí)體的描述可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)：針對單純以簡單物體粘合形式構(gòu)成的物體可以通過空間分割描述，如長方體、圓柱體等；針對簡單物體復(fù)雜粘合形式構(gòu)成的物體，可通過構(gòu)造實(shí)體幾何表示的方法描述，如并集、交集等；針對復(fù)雜物體可通過邊界表示法，對物體邊界的點(diǎn)、線、面進(jìn)行描述，不同性質(zhì)實(shí)體描述方法的差異決定某大型水利水電工程應(yīng)用三維可視化建模技術(shù)的過程中需要通過GIS平臺(tái)，CAD，3dsmax圖形處理軟件等進(jìn)行稽核建模、形象建模、三維顯示。

3大型水利水電工程建筑物幾何建模技術(shù)

幾何建模技術(shù)即結(jié)合建筑物實(shí)體特征點(diǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù)，計(jì)算其法向量，進(jìn)而形成三維幾何模型的過程，由于大型水利水電工程建筑物較復(fù)雜，其存在簡單的建筑物、同高程水域平面、復(fù)雜三維實(shí)體構(gòu)造等。構(gòu)建簡單的建筑物模型，可以通過空間分割描述，例如將箱體式房屋視為屋頂面和多個(gè)鉛直外墻面構(gòu)成的實(shí)體；構(gòu)建同高程水域平面三維模型可以利用邊界多邊形的三角剖面表示；構(gòu)建復(fù)雜三維實(shí)體三維模型利用制圖軟件將三維實(shí)體的數(shù)據(jù)在三維空間坐標(biāo)體系中直接定位，然后利用以下技術(shù)進(jìn)行建模：一種是參數(shù)化實(shí)體建模技術(shù)，其是通過多個(gè)參數(shù)控制特征部件表述建筑實(shí)體的幾何關(guān)系，并利用代數(shù)方程對各部進(jìn)行結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束，此技術(shù)以變參數(shù)幾何模型作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)交互參數(shù)驅(qū)動(dòng)，而且能夠定義參數(shù)約束。在某大型水利水電工程中其泄洪潮進(jìn)水塔、溢洪道等建筑物屬于復(fù)雜三維實(shí)體，在構(gòu)建三維可視化模型的過程中需要通過以下步驟完成，首先，對建筑物全局變量和局部變量進(jìn)行定義，例如在構(gòu)建泄洪潮進(jìn)水塔三維可視化模型時(shí)要選擇此建筑物中心線底面點(diǎn)作為控制點(diǎn)，結(jié)合其邊墻、啟閉室等組成部分的關(guān)鍵點(diǎn)與中線點(diǎn)的距離，從全局的角度對其位置、尺寸等進(jìn)行定義，然后根據(jù)定義的數(shù)據(jù)對局部變量的尺寸進(jìn)行確定，通過Polylinez等繪圖函數(shù)將其主體建筑物進(jìn)行繪制，如進(jìn)水塔；然后將其次要的組成部分利用拓?fù)潢P(guān)系按照固定點(diǎn)進(jìn)行組合，由此形成泄洪洞進(jìn)水塔建筑物的三維幾何模型，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)設(shè)計(jì)發(fā)生改變時(shí)，只要對全局變量和局部變量進(jìn)行更改即可，并不需要徹底的改變幾何模型。另一種技術(shù)是CAD實(shí)體建模技術(shù)，此技術(shù)是利用CAD軟件，通過獲取幾何元素及表達(dá)幾何元素關(guān)系的約束條件，對幾何元素進(jìn)行確定的技術(shù)，如某大型水利水電工程的大壩為例，以大壩的填筑材料、結(jié)構(gòu)等為劃分標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)大壩會(huì)劃分為不同的部分，而每部分的形狀都很難規(guī)則，將不規(guī)則的部分細(xì)分成規(guī)則的形狀，針對大量規(guī)則的構(gòu)件進(jìn)行建模，此時(shí)模型中的定量信息成為可以調(diào)整的參數(shù)，通過對參數(shù)賦予不同的數(shù)值，可以直接改變各部件的形狀、體積，而相同或相似的部件可直接通過軟件的圖形處理功能實(shí)現(xiàn)，使構(gòu)建的效率和準(zhǔn)確性都得到保證，通過對某個(gè)部件的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)整體大壩的三維模型構(gòu)建。針對特征模型還可以利用特征建模技術(shù)，其是在系統(tǒng)特征庫中存在建筑物建模所需的模型，通過對其進(jìn)行尺寸約束和位置約束可以將特征模型直接應(yīng)用于建筑物建模過程的技術(shù)，此技術(shù)具有效率高、可用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

4大型水利水電工程建筑物形象建模技術(shù)

形象建模技術(shù)是針對已完成的幾何模型進(jìn)行形象美化的過程，使三維模型與建筑物實(shí)體更加接近，形象建模技術(shù)通常針對建筑物的顏色、透明度、紋理、光澤等進(jìn)行調(diào)整或通過貼圖達(dá)到使建筑物美化、真實(shí)的目的；另外，在形象建模的過程中要考慮到建筑物在真實(shí)應(yīng)用的情況下會(huì)存在彼此的遮擋，所以在此過程中需要通過計(jì)算消除隱藏面，算法主要有兩種，一種是將窗口內(nèi)的單獨(dú)像素作為處理單元，確定處理單元中距觀察點(diǎn)最近的物體為可見；另一種是以場景中的物體為獨(dú)立處理單元，以每個(gè)物體表面為可見面。

5大型水利水電工程建筑物三維顯示技術(shù)

三維顯示技術(shù)即將已經(jīng)形象美化后的建筑物三維模型投影設(shè)置觀察點(diǎn)，并對其位置進(jìn)行合理的調(diào)整后將其通過計(jì)算機(jī)屏幕進(jìn)行展示的技術(shù)，使計(jì)算機(jī)屏幕上展示的三維可視化模型與建筑物實(shí)體兩者的逼真度達(dá)到最高，三維顯示不僅要求對建筑物的整體形象進(jìn)行展示，而且要求對建筑物與視點(diǎn)的距離、物體與實(shí)現(xiàn)的方向、建筑物構(gòu)件的體積、形狀等細(xì)節(jié)進(jìn)行展示，可見三維顯示技術(shù)與計(jì)算機(jī)的分辨率之間存在密切的關(guān)系，分辨率越高，越能夠達(dá)到三維顯示的要求。例如在某大型水利水電工程整體場景展示時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕顯示器的分辨率要滿足細(xì)化水利水電工程中廠房、進(jìn)水塔、大壩等重要建筑物的需要；當(dāng)視點(diǎn)轉(zhuǎn)向上游時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕分辨率要滿足細(xì)化上游洞口、渣場等建筑物的需要，在利用三維顯示技術(shù)的過程中不僅可以達(dá)到通過建筑物三維可視化模型更加了解水利水電工程建筑物，快速獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，而且其可視化的優(yōu)勢有利于優(yōu)化建筑物設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，提升建筑物的整體性能。

6結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到大型水利水電工程在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定中所起到的重要作用，并結(jié)合工程計(jì)算、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、人機(jī)界面等多學(xué)科的知識，創(chuàng)建并不斷完善建筑物三維可視化建模技術(shù)，為提升大型水利水電工程整體性能提供有效的工具。

參考文獻(xiàn)：

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可視化技術(shù)研究范文3

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)通信過程，逆向分析，可視化技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件網(wǎng)絡(luò)通信不再只通過檢測哪些功能、需要?jiǎng)h除和增減來解決計(jì)算機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)問題的正向工程，而是，在此基礎(chǔ)上能夠解決程序理解問題的逆向工程。在軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析中包括代碼級逆向分析和系統(tǒng)級逆向分析。通常應(yīng)用到的是代碼級逆向分析。一般是通過例如反匯編器、調(diào)試器、反編譯器及系統(tǒng)監(jiān)控工具等專門的逆向分析工具對待逆向的程序網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行監(jiān)控、研究及剖析。但是這樣一種分析方式由于它本身的各種缺陷例如只能對程序進(jìn)行外部執(zhí)行行為結(jié)果的分析，在加殼加擾時(shí)應(yīng)用沒有實(shí)際的效果，調(diào)試器使用受限等等。經(jīng)過不斷的發(fā)展嘗試，動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)DynamoRIO具有高效的分析優(yōu)勢。

一、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)DynamoRIO

在操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間插入DynamoRIO并利用代碼緩存技術(shù)將程序代碼分為一段段指令序列拷入代碼緩存。接著執(zhí)行代碼緩存中的程序。其中那一段段指令序列又稱為基本塊，它以類似于如call，jump等控制轉(zhuǎn)移類指令為結(jié)束標(biāo)志。DynamoRIO在基本塊的執(zhí)行結(jié)尾處通過上下文切換在基本塊調(diào)度狀態(tài)與程序的代碼緩存這兩個(gè)狀態(tài)下切換過渡，接著將在本地執(zhí)行緩存中的代碼。DynamoRIO相對于其它的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)而言，它的優(yōu)勢是具有很強(qiáng)的執(zhí)行能力和很好的穩(wěn)定性，并且它還具有一定的靈活性。DynamoRIO分析整理出的數(shù)據(jù)可構(gòu)成API函數(shù)信息庫并對網(wǎng)絡(luò)通信中所執(zhí)行的API函數(shù)信息做出相應(yīng)的記錄。在此基礎(chǔ)上，可利用DynamoRIO提供的API函數(shù)集編寫出滿足各種需求的插件。

DynamoRIO最為核心的技術(shù)是DBI技術(shù)，這向技術(shù)是眾多動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)的支撐技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)對程序指令流和數(shù)據(jù)流信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)修改，主要是在分析要求的基礎(chǔ)上，對程序動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程插入分析代碼。動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)DynamoRIO通過以上介紹的優(yōu)勢可以流暢且高效的完成軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析。

二、可視化

在軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析軟件動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)DynamoRIO運(yùn)行中，其接口函數(shù)可用于編寫插樁工具。目標(biāo)程序?qū)⑼ㄟ^插樁工具進(jìn)入到DynamoRIO創(chuàng)設(shè)的API函數(shù)信息庫中，在API數(shù)據(jù)庫中，目標(biāo)程序被分為一塊塊基本執(zhí)行塊，接著進(jìn)行API判斷之后，DynamoRIO會(huì)對整個(gè)過程中的指令進(jìn)行記錄，包括指令的執(zhí)行時(shí)間、模塊名和函數(shù)名、函數(shù)執(zhí)行時(shí)返回值和參數(shù)信息，然后DynamoRIO會(huì)對API記錄的信息進(jìn)行分析，主要是對關(guān)聯(lián)性分析模型和關(guān)聯(lián)性分析算法進(jìn)行函數(shù)關(guān)聯(lián)性分析，最后根據(jù)數(shù)據(jù)圖形顯示的規(guī)則生成GDL文件，此文件可將軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程以可視化的圖形形式展現(xiàn)出來。最終實(shí)現(xiàn)軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程可視化。在這一過程中對API函數(shù)信息的記錄、API關(guān)聯(lián)性分析以及軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程可視化是關(guān)鍵。

（一）可視化技術(shù)中對API函數(shù)信息的記錄。記錄API函數(shù)信息首先要獲取軟件加載的庫文件模塊及其它地址空間信息，然后獲取基本塊執(zhí)行后的跳轉(zhuǎn)地址。接下來分為這樣幾種狀況。1.跳轉(zhuǎn)地址存在于API數(shù)據(jù)庫中則調(diào)用API函數(shù)信息庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步，記錄此跳轉(zhuǎn)地址的API和API參數(shù)信息，程序執(zhí)行結(jié)束，最后進(jìn)入到下一個(gè)基本塊的執(zhí)行中或者結(jié)束程序。在此過程中會(huì)出現(xiàn)另一種情況，即調(diào)用的函數(shù)并非API函數(shù)信息庫中存在的函數(shù)，當(dāng)遇到這種情況時(shí)，程序執(zhí)行結(jié)束或執(zhí)行下一個(gè)基本塊。2.跳轉(zhuǎn)地址不存在于API庫文件空間中則直接結(jié)束程序或進(jìn)入到下一個(gè)基本塊的執(zhí)行中。

（二）可視化技術(shù)中API關(guān)聯(lián)性分析。在進(jìn)行API關(guān)聯(lián)性分析時(shí)要注意每個(gè)套接口所代表的通信通道以及每個(gè)套接口的描述字要包含通信的IP地址類型、協(xié)議類型等信息。套接口描述字是兩個(gè)程序之間的通信手段，一般兩個(gè)程序之間的連接都是建立在套接口的基礎(chǔ)上的。函數(shù)關(guān)聯(lián)性分析的目的是獲得包括通信IP、端口、發(fā)送和接收的內(nèi)容的通信會(huì)話的具體信息。

（三）可視化技術(shù)中軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程可視化。軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程可視化技術(shù)的最大優(yōu)勢是能夠用直觀的表現(xiàn)形式將大量的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來，從而為人們快速尋找數(shù)據(jù)中的特征、相關(guān)關(guān)系、模式、趨勢、結(jié)構(gòu)、異常現(xiàn)象等提供便利。可視化圖形形式的生成是利用可視化通信工具和已有的相關(guān)軟件對網(wǎng)絡(luò)通信過程進(jìn)行展現(xiàn)。目前所應(yīng)用的一款可視化圖形軟件工具是aiSee與GDL語言。GDL是一種對圖形中的邊、結(jié)點(diǎn)、圖形的屬性進(jìn)行描述的圖形描述語言。而aiSee正是基于這種圖形描述語言的用于使編譯器中的多種內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行形象化表述的可視化工具。在這款工具中對GDL的結(jié)點(diǎn)的設(shè)置是可以根據(jù)用戶的需要來進(jìn)行的調(diào)整的，因此，它具有一定的靈活性和個(gè)性化。基于這種特點(diǎn)aiSee軟件的應(yīng)用十分廣泛。

結(jié)束語：

目前我國軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析及可視化技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，不僅是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，在其他領(lǐng)域也有涉及。在軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析及可視化技術(shù)中，有一定的收獲與突破，但是目前的發(fā)展現(xiàn)狀比較緩慢，在80年代中合肥工業(yè)大學(xué)對軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析及可視化技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究之后，至今，沒有出現(xiàn)比較系統(tǒng)的有關(guān)這方面的研究了。因此，在軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析及可視化技術(shù)的領(lǐng)域上，針對目前比較好用的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制平臺(tái)軟件DynamoRIO應(yīng)進(jìn)行更加深入的分析研究，從其中比較重要的API函數(shù)信息的記錄、API關(guān)聯(lián)性分析、軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程可視化這幾個(gè)環(huán)節(jié)入手，進(jìn)行多角度的探究。推動(dòng)軟件網(wǎng)絡(luò)通信過程逆向分析及可視化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

可視化技術(shù)研究范文4

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)技術(shù)； MES； 可視化； SOA

中圖分類號： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）16?0049?03

MES（Manufacturing Execution System）制造執(zhí)行系統(tǒng)[1?2]，是為了防止上層計(jì)劃管理與底層車間信息數(shù)據(jù)的斷層而產(chǎn)生的，MES能通過信息傳遞，對從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成整個(gè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，并根據(jù)當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對車間進(jìn)行指導(dǎo)和處理，在整個(gè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)中起到承上啟下的作用。然而MES存在很多數(shù)據(jù)無法挖掘獲取并有效利用的問題，使生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新以及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面存在管理缺陷，因此對這些數(shù)據(jù)的有效管理是關(guān)鍵部分，可視化管理可幫助企業(yè)更直觀的挖掘隱藏的數(shù)據(jù)并有效管理企業(yè)。“制造物聯(lián)”是MES更高階段的必然表現(xiàn)形式如圖1所示。

“制造物聯(lián)”與MES的側(cè)重：

（1）MES側(cè)重生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理，制造物聯(lián)更關(guān)注產(chǎn)品要素與制造活動(dòng)管理；

（2）MES側(cè)重提升過程管理能力，制造物聯(lián)更側(cè)重提升制造交付能力；

（3）MES側(cè)重制造環(huán)節(jié)，制造物聯(lián)則擴(kuò)展到售后、再制造等產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)；

（4）MES表現(xiàn)形式多為“系統(tǒng)”，制造物聯(lián)表現(xiàn)為“平臺(tái)”；

（5）MES立足企業(yè)，制造物聯(lián)則強(qiáng)化了企業(yè)間協(xié)同。

MES擁有企業(yè)制造過程的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，維度多，質(zhì)量信息也難以有效、直觀地表示。為了提高M(jìn)ES系統(tǒng)的交互性和可視性，引入可視化技術(shù)[3]和制造物聯(lián)技術(shù)，設(shè)計(jì)面向制造物聯(lián)的MES可視化系統(tǒng)[4]，使管理者有效管理生產(chǎn)車間，幫助企業(yè)減少成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。

1 系統(tǒng)需求

隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，企業(yè)產(chǎn)品種類趨向多樣化，客戶需求趨向個(gè)性化、對產(chǎn)品的質(zhì)量要求高，客戶及企業(yè)間的需求信息、響應(yīng)信息動(dòng)態(tài)變換快[5]，這些信息貫穿于產(chǎn)品的描述、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售以及回收過程中，如得不到準(zhǔn)確有效地管理和控制，給企業(yè)和客戶都會(huì)造成損失，為了更好的滿足客戶需求、實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化，目前企業(yè)制造過程中主要還存在以下需求：

（1）數(shù)據(jù)可視化方面。MES系統(tǒng)之所以能有效的監(jiān)控整個(gè)車間的生產(chǎn)過程，主要是通過對制造過程中的原材料、車間設(shè)備、工藝狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量等生產(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)管理實(shí)現(xiàn)的，面對動(dòng)態(tài)變化的大量數(shù)據(jù)信息，之前系統(tǒng)顯示的結(jié)果比較抽象，難以發(fā)現(xiàn)隱含信息，而像質(zhì)量管理過程和生產(chǎn)管理過程等子系統(tǒng)都要根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行篩選、分析和控制，因此，利用可視化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為圖表、圖像和表格等形式展示，便于管理者有效分析、控制和管理。

（2）可視化交互方面。車間的裝配質(zhì)量管理系統(tǒng)和過程控制管理系統(tǒng)交互性差，只能管理者單方面的接收問題并解決后才可繼續(xù)運(yùn)行生產(chǎn)，影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

（3）實(shí)時(shí)處理方面。企業(yè)客戶數(shù)量大，產(chǎn)品種類多，質(zhì)量信息變化快且來源多，生產(chǎn)過程、工藝流程和工時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化快，管理者如不能及時(shí)地接收這些信息，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營將蒙受損失。所以企業(yè)能及時(shí)正確地傳達(dá)和響應(yīng)這些生產(chǎn)過程、設(shè)備和質(zhì)量信息。

針對上述需求，結(jié)合物聯(lián)技術(shù)，研究MES可視化系統(tǒng)[6]，通過部署多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，利用RFID標(biāo)簽定位技術(shù)[7?8]，追蹤物料單品在生產(chǎn)線上的裝配制造過程，設(shè)計(jì)交互界面，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)在各方面應(yīng)用的可視化管理，為企業(yè)節(jié)約成本、創(chuàng)造更多的價(jià)值。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

針對MES在制造業(yè)車間的應(yīng)用情況及反應(yīng)出的問題，結(jié)合物聯(lián)技術(shù)，提出了基于物聯(lián)技術(shù)的MES可視化系統(tǒng)基本架構(gòu)，如圖2所示。

依據(jù)架構(gòu)圖可知，系統(tǒng)的層次主要分為3大部分：車間現(xiàn)場控制層、執(zhí)行監(jiān)控層和車間可視化管理層。

車間現(xiàn)場控制層主要利用OPC技術(shù)[9]、PLC技術(shù)[10]和條碼/RFID識別技術(shù)等物聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)I/O控制、數(shù)據(jù)采集和設(shè)備集成等功能。

執(zhí)行控制層可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各工位設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)故障可以立即發(fā)出警告，提示生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員及時(shí)排除故障；也可以接收工作站反饋的質(zhì)量控制、性能分析的結(jié)果信息，指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)，執(zhí)行詳細(xì)工序計(jì)劃的指令，安排生產(chǎn)線準(zhǔn)時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)。

車間可視化管理層利用可視化技術(shù)、SPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制、質(zhì)量控制，最后在管理層以圖表、圖像形式將過程控制數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)和歷史統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可視化展示，讓管理者更直觀地管理生產(chǎn)現(xiàn)場。最后，可通過接口管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與ERP，MES，PDM，CAPP等系統(tǒng)信息集成與共享。

3 可視化MES系統(tǒng)的功能模型

通過對上述系統(tǒng)架構(gòu)圖的分析，并結(jié)合裝配車間的現(xiàn)場情況，將MES可視化系統(tǒng)的功能模型總結(jié)如圖3所示。

3.1 生產(chǎn)控制可視化

生產(chǎn)控制可視化可以用來查看生產(chǎn)進(jìn)度，防止生產(chǎn)事故，監(jiān)測流水線的生產(chǎn)情況，阻止生產(chǎn)線因異常情況而停止流轉(zhuǎn)，并可查詢和追溯當(dāng)時(shí)操作人員的詳細(xì)信息，提高生產(chǎn)效率，具體可有生產(chǎn)工序可視化、生產(chǎn)工時(shí)可視化、車間布局可視化和工藝流程可視化等功能模塊組成。

3.2 質(zhì)量控制可視化

質(zhì)量控制可視化由質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可視化、質(zhì)量檢測可視化和質(zhì)量追溯可視化組成，通過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)判斷，異常情況進(jìn)行報(bào)警，并追溯檢測問題根源，及時(shí)控制并合理改善管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的實(shí)時(shí)在線觀察和控制。

3.3 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新

利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)采集設(shè)備數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)和人員信息數(shù)據(jù)等，并通過構(gòu)建數(shù)據(jù)軟硬件平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)更新展示數(shù)據(jù)，方便管理人員有效管理裝配過程。

3.4 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

企業(yè)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)車間現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)有效統(tǒng)計(jì)，以圖表或圖像形式展示，便于管理人員直觀查詢和統(tǒng)計(jì)、分析設(shè)備狀況、人員信息狀態(tài)狀況和物料狀況等信息，出現(xiàn)問題時(shí)可利于追溯查詢問題根源。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

SOA是一種通過使用和組裝構(gòu)建模塊來概念化、設(shè)計(jì)和構(gòu)建應(yīng)用程序的方法，每個(gè)構(gòu)建模塊被表示為一個(gè)可重用的服務(wù)，通過SOA技術(shù)的應(yīng)用，將提高軟件的可重用性，改善MES系統(tǒng)過于個(gè)性化和升級困難的問題，提高系統(tǒng)的構(gòu)件速度，降低構(gòu)件成本。所以本系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)。采用C#，.NET開發(fā)，企業(yè)數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫管理，利用GDI+、OWC等繪圖工具和Dundas數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，完成交互圖形圖表的繪制和數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)，用可視化的方式高效管理車間裝配過程。

5 結(jié) 語

本文分析了制造業(yè)中MES系統(tǒng)存在的不足，引入物聯(lián)技術(shù)，提出了基于物聯(lián)技術(shù)的MES可視化系統(tǒng)，通過系統(tǒng)架構(gòu)分析系統(tǒng)的功能模型，使裝配車間的生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新和歷史統(tǒng)計(jì)都可視化展示，改進(jìn)了生產(chǎn)過程中組裝線和工藝流程的混亂、質(zhì)量反饋問題的滯后和交互，使管理者有效管理車間，使企業(yè)降低成本，高效高質(zhì)量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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可視化技術(shù)研究范文5

關(guān)鍵詞：輸電線路 三維GIS 三維模型

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0039-03

現(xiàn)今，電力系統(tǒng)的發(fā)展越來越高端，輸電線路電網(wǎng)也越來越繁密，電力設(shè)備的相關(guān)應(yīng)用也越來越復(fù)雜，但是為了促進(jìn)科學(xué)化管理，GIS技術(shù)在電力行業(yè)的大范圍發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用，特別是三維GIS這一關(guān)鍵技術(shù)。輸電路的各種交叉與重疊等復(fù)雜狀況以及輸電線路是位于地理空間中的人為建物，其線路距離長，通過地區(qū)地理環(huán)境較為復(fù)雜，與其他電力線路和通信線路有交叉跨越，并且會(huì)通過一些其他的特殊區(qū)域。輸電線路桿塔的位置與其所在的地理位置有著密切關(guān)系。為了更加直觀展現(xiàn)出輸電線路的全貌二維GIS的應(yīng)用已經(jīng)不能滿足需求了，這種情況下二維GIS的發(fā)展受到了限制，而三維GIS卻能夠明確直觀表達(dá)與再現(xiàn)。該文通過運(yùn)用三維GIS技術(shù)，結(jié)合模式設(shè)計(jì)方法，提出了一種構(gòu)建三維輸電線路GIS系統(tǒng)的方法，并在實(shí)際的工程中得到了實(shí)現(xiàn)。

1 三維GIS技術(shù)概述及其應(yīng)用現(xiàn)狀

三維GIS技術(shù)是GIS技術(shù)的一個(gè)新興的發(fā)展方向。三維GIS起源于二維GIS技術(shù)。由于人們所生活的環(huán)境是一個(gè)三維空間，二維GIS是簡單將投影與二維平面的模型，其本質(zhì)就是抽象的符號化系統(tǒng)。在描述人們所生活的空間中存在缺陷。恰好三維GIS克服了這一缺陷。其以立體的展現(xiàn)形式技術(shù)給體驗(yàn)者展現(xiàn)真實(shí)的地理空間現(xiàn)象，能夠清晰表達(dá)空間對象的平面關(guān)系。對空間對象進(jìn)行三維空間分析、操作也是三維GIS特有的功能。三維GIS技術(shù)的出現(xiàn)將GIS技術(shù)推向了一個(gè)新的高度，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛。從三維GIS技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)角度來看，目前三維GIS技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾種趨勢。

（1）應(yīng)用范圍從三維可視化領(lǐng)域向三維地理信息展示發(fā)展。這一特點(diǎn)與二維GIS管理一樣，都是從可視化角度出發(fā)，其目的是將地理數(shù)據(jù)變?yōu)榭梢姷牡乩硇畔ⅰ?/p>

（2）管理模式從分散數(shù)據(jù)庫向系統(tǒng)集成拓展。三維GIS存儲(chǔ)與管理海量的空間信息和屬性信息，基于分散的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理，將三維可視化與三維空間對象相耦合，從而形成系統(tǒng)集成。

目前，國內(nèi)外還沒有成熟完整的三維GIS平臺(tái)，與三維GIS技術(shù)相關(guān)的系統(tǒng)大多數(shù)集中在可視化方面。

2 三維GIS技術(shù)在輸電線路展示平臺(tái)中應(yīng)用到的主要技術(shù)

在輸電線路展示平臺(tái)中三維GIS技術(shù)的應(yīng)用還需要結(jié)合相應(yīng)的電力通訊技術(shù)、全景可視化技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)。正是因?yàn)檫@些技術(shù)的綜合性應(yīng)用，才使得三維GIS技術(shù)中的某些關(guān)鍵技術(shù)得到可靠應(yīng)用。其中主要的技術(shù)有：空間索引與數(shù)據(jù)組織、多源化的數(shù)據(jù)庫集成與管理、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)、影像金字塔技術(shù)等。具體闡述如以下幾點(diǎn)。

2.1 空間索引和數(shù)據(jù)組織

由于輸電線路所處的空間、地質(zhì)、地貌環(huán)境不同，所以輸電線路的分配也是不同的。

采用靈活的三角網(wǎng)在地理建物的展示中顯得尤為重要。采用這樣的三角網(wǎng)可以更加方便快捷的建立所需目標(biāo)模型，也可以按照一定的比例在復(fù)雜的地形下架設(shè)輸電線路。

2.2 多元化的數(shù)據(jù)庫集成與管理

在三維模型數(shù)據(jù)庫里的集合圖形與影像數(shù)據(jù)等其他數(shù)據(jù)通常是需要很多字節(jié)的，但是數(shù)據(jù)的字節(jié)越多就會(huì)造成數(shù)據(jù)量的龐大，因此，這就需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與優(yōu)化。在三維GIS技術(shù)里面數(shù)據(jù)的管理是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。對數(shù)據(jù)庫的管理主要分為兩個(gè)方面的管理，分別為空間數(shù)據(jù)庫和ORACALE數(shù)據(jù)庫。

2.3 海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐結(jié)果表明，限制海量三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)的因素主要有兩大方面，分別是幾何數(shù)據(jù)與紋理數(shù)據(jù)的龐大、地物數(shù)據(jù)種類繁多。根據(jù)這種技術(shù)的限制因素來講，這種技術(shù)主要運(yùn)用有三個(gè)方面以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)三維漫游。

（1）多級紋理交換技術(shù)。

紋理貼圖對于三維場景的真實(shí)重現(xiàn)起著舉足輕重的作用。正射影像、房屋墻壁等都是使用紋理貼圖實(shí)現(xiàn)的。一般來說，在三維場景中，紋理圖像的數(shù)據(jù)要占該場景所有數(shù)據(jù)量的90%甚至更多，如果解決好了紋理數(shù)據(jù)的問題，海量數(shù)據(jù)場景的管理和漫游問題也就迎刃而解。為了解決以上問題，采用“多級紋理交換”技術(shù)。該技術(shù)主導(dǎo)思想如下：①將場景中使用到的紋理拼合成為大小一致的紋理塊；②為每塊紋理生成5個(gè)細(xì)節(jié)等級的紋理，分別為0、1、2、3、4，其中1級紋理通過0級紋理1/4壓縮得到，2級紋理通過1級紋理1/4壓縮得到，……，依次類推；③在顯示每個(gè)物體之前，計(jì)算該物體最終在屏幕上成像的大小，并以此決定該使用那一級的紋理；④在內(nèi)存中建立紋理緩沖池，使用LRU算法進(jìn)行紋理塊的調(diào)度，確保使用頻率高的紋理調(diào)度次數(shù)盡可能少。

（2）多級幾何模型技術(shù)。

大范圍三維場景包含眾多的頂點(diǎn)、頂點(diǎn)索引、三角形等幾何信息，一個(gè)50 km×50 km、間距為10 m的DEM，僅網(wǎng)格點(diǎn)就要占據(jù)600M的空間。如此大的數(shù)據(jù)量，如果不作任何優(yōu)化，任何3D加速卡都無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染，更不用說高速漫游。LOD（多級幾何模型技術(shù)）正是為了解決這一問題而出現(xiàn)的算法。LOD的核心思想如以下幾點(diǎn)。

①將DEM分塊；②對于每塊DEM，根據(jù)不同的閾值，抽取其中的關(guān)鍵點(diǎn)構(gòu)造三角網(wǎng)以生成不同細(xì)節(jié)等級（LOD）的幾何模型；③DEM邊界上，各個(gè)細(xì)節(jié)等級的幾何模型使用相同的邊界信息；④在渲染的時(shí)候，根據(jù)DEM塊與視點(diǎn)的距離確定應(yīng)該使用哪一個(gè)細(xì)節(jié)等級的幾何模型。

（3）數(shù)據(jù)分塊管理技術(shù)。

大范圍場景的三維模型包含很多地物，對場景中的所有地物進(jìn)行碰撞檢測、紋理調(diào)度等操作需要耗費(fèi)大量時(shí)間，給提高場景漫游速度造成了障礙。解決該問題的途徑之一是對地物（包括地表數(shù)據(jù)）進(jìn)行分塊，每塊自成一體，碰撞檢測等耗費(fèi)CPU時(shí)間較多的操作均以“塊”為單位進(jìn)行，這樣可以極大提高程序執(zhí)行效率。

2.4 影像金字塔技術(shù)

影像金字塔技術(shù)指的是在保持影像數(shù)據(jù)質(zhì)量毫發(fā)無損的前提下實(shí)現(xiàn)影像快捷提取與顯示，影像金字塔技術(shù)有壓縮無損壓縮和非壓縮兩種方案并同時(shí)支持文件和數(shù)據(jù)庫兩種存儲(chǔ)方式。通過影像金字塔技術(shù)多幅影像可以拼接成一個(gè)連續(xù)、無縫和無損的海量影像層。金字塔技術(shù)的基本原理是將d維數(shù)據(jù)空間分割為2d個(gè)金字塔的集合，并提供了d維數(shù)據(jù)點(diǎn)到1維金字塔值的一一映射。這些值通過一種有序的一維索引結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)和訪問。

金字塔方法分割空間數(shù)據(jù)分為兩步：第一步，將數(shù)據(jù)空間劃分為2d個(gè)金字塔，這些金字塔以數(shù)據(jù)空間的中心（0.5，0.5，…，0.5）為頂點(diǎn)，以數(shù)據(jù)空間的（d-1）維表面作為基座。第二步，每個(gè)金字塔劃分多個(gè)平行于基座的部分，每個(gè)部分對應(yīng)于B+樹的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。

3 三維GIS技術(shù)在輸電線路展示平臺(tái)中的應(yīng)用

3.1 模型間無縫連接

隨著三維GIS技術(shù)研究的不斷深入和實(shí)踐工作的不斷深入，三維GIS技術(shù)在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在電力行業(yè)中最典型的應(yīng)用就是對輸電線路的三維場景建模，主要針對地物和設(shè)備，例如：建筑物、輸電桿塔、樹木、絕緣子等其他電力設(shè)備，三維GIS技術(shù)比較關(guān)注的是建筑物的外部結(jié)構(gòu)和形態(tài)，而不是內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因?yàn)楫吘故菫榱耸怯脩舾诱鎸?shí)的再現(xiàn)輸電線路現(xiàn)場的場景。因此，選用CGS（結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何法）模型類對地面模型進(jìn)行描述。（如圖1）

由于地形形態(tài)是一個(gè)連續(xù)的空間層面的曲面，而非人們所說的平面，因此，如果不對CGS模型進(jìn)行任何處理，建筑物底面與地形表面處相交的部分就會(huì)存在裂縫，會(huì)影響整個(gè)平臺(tái)的可視化效果，看起來不真實(shí)，進(jìn)而影響空間分析。由于TIN可以以不同層次的分辨率來描述地形表面，對于粗糙不平底面的描述極具有優(yōu)勢，根據(jù)實(shí)踐的要求，可以將TIN模型與CGS模型結(jié)合使用，從而實(shí)現(xiàn)模型間的無縫連接。

3.2 三維場景的顯示、查詢和空間分析

利用三維GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間檢索與分析功能為輸電線路展示平臺(tái)提供了有力的技術(shù)可行性支持。

顯示功能支持實(shí)現(xiàn)：可以顯示整個(gè)三維場景并且可以在其中進(jìn)行漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)以及飛行瀏覽等操作，顯示整條輸電線路包括導(dǎo)線、桿塔模型、絕緣子并且可以直觀顯示出線路的耐張段情況，可以沿著線路進(jìn)行飛行模擬直觀展示線路的交叉跨越情況。

查詢功能支持實(shí)現(xiàn)：在三維場景中可以快速查詢?nèi)我粭l線路及其相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，包括線路的電壓等級、回路數(shù)、導(dǎo)線型號、桿塔的空間位置、絕緣子、金具等設(shè)備的信息。

空間分析功能支持實(shí)現(xiàn)：淹沒分析，土石方體積計(jì)算、兩點(diǎn)通視分析、弧垂分析等功能。

4 影響三維GIS技術(shù)發(fā)展的因素

影像三維GIS技術(shù)發(fā)展的因素分為促進(jìn)與抑制兩個(gè)方面。

（1）促進(jìn)發(fā)展的因素有以下幾點(diǎn)。

①二維GIS技術(shù)已經(jīng)擁有比較成熟的理論與技術(shù)，而且應(yīng)用到各行各業(yè)各領(lǐng)域。

②計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的成熟與發(fā)展。為三維GIS技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

③空間數(shù)據(jù)庫與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化階段。

（2）抑制發(fā)展的因素有以下幾點(diǎn)。

①由于遙感，數(shù)字測量技術(shù)發(fā)展的局限，三維GIS地理數(shù)據(jù)的廉價(jià)獲取還相當(dāng)困難。

②三維GIS技術(shù)所需要的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他系統(tǒng)，目前海量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)還處于初級階段，這就對三維GIS技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了一定限制。

③三維GIS技術(shù)的核心是三維空間數(shù)據(jù)庫，而三維空間數(shù)據(jù)庫的核心是數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維數(shù)據(jù)模型，在這方面缺少統(tǒng)一且權(quán)威的理論認(rèn)證。

④現(xiàn)階段空間分析還處于二維分析階段，并非真正實(shí)現(xiàn)了三維的控件分析，且處于起步階段，這也是三維GIS技術(shù)發(fā)展所面臨的問題之一。

5 結(jié)論與展望

三維GIS技術(shù)和傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合而發(fā)展起來三維地理信息系統(tǒng)是，它除了擁有空間信息的分析、處理和組織功能等地理信息系統(tǒng)基本功能外而且有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀、真實(shí)反映事物的優(yōu)勢。輸電線路是電力系統(tǒng)重要的組成部分，具有明顯的地理特征等特點(diǎn)，因此，適合使用地理信息技術(shù)進(jìn)行管理。將三維GIS技術(shù)融合到輸電線路的管理中建立具有輸電線路特色的數(shù)據(jù)組織平臺(tái)不但解決二維地理信息系統(tǒng)無法解決一些輸電線路具有的特點(diǎn)，可為輸電線路的設(shè)、施工和運(yùn)維等工作提供良好的支持與服務(wù)。該文對三維GIS技術(shù)在應(yīng)用過程中所涉及到的幾種技術(shù)進(jìn)行闡述，發(fā)現(xiàn)這幾種技術(shù)對平臺(tái)所運(yùn)用到的數(shù)據(jù)具有一定的整理作用。綜上所述，三維GIS技術(shù)在輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用，為輸電線路的管理、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)修建、擴(kuò)建與決策提供有力的信息支持。

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可視化技術(shù)研究范文6

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)層模型；三維可視化；Open Inventor；場景

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16727800（2012）011014003

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基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50474042）

作者簡介：王家華（1945-），男，西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，研究方向?yàn)橛筒孛枋觥?chǔ)層建模、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、地質(zhì)圖形可視化、決策分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、軟件系統(tǒng)；孔進(jìn)（1987-），女，西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形圖像。0 引言

儲(chǔ)層建模三維可視化就是使用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法對測井?dāng)?shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)等已知數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬建立儲(chǔ)層模型，并使用三維可視化方法，將儲(chǔ)層模型用直觀三維圖形方式顯示，從不同的角度描述儲(chǔ)層屬性和結(jié)構(gòu)，從而幫助石油工作者更加方便準(zhǔn)確地理解地下地質(zhì)情況。

儲(chǔ)層模型包括儲(chǔ)層的幾何形態(tài)和屬性特征。儲(chǔ)層的幾何形態(tài)表現(xiàn)其空間位置和構(gòu)造起伏；儲(chǔ)層內(nèi)部屬性特征是指孔隙度、滲透率，含油飽和度等物性參數(shù)的空間分布。本文用Qt和C++結(jié)合Open Inventor工具包設(shè)計(jì)并開發(fā)儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)，以勝利油田某區(qū)塊的數(shù)據(jù)作為測試，展示系統(tǒng)對具體數(shù)據(jù)的三維顯示、撥層顯示、剖面顯示、色表設(shè)置、Z方向夸張顯示等功能，達(dá)到了將油藏儲(chǔ)層直觀展示的目的。

1 Open Inventor和Qt簡介

儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)采用Open Inventor 工具包開發(fā)可視化模塊，Qt技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)界面。Open Inventor（以下簡稱OIV）是SGI公司開發(fā)的基于OpenGL的面向?qū)ο蟮娜S圖形軟件開發(fā)包。OIV具有平臺(tái)無關(guān)性，可以在Microsoft Windows、Unix、Linux等多種操作系統(tǒng)中使用。OIV通過搭“積木”的方式來構(gòu)造復(fù)雜的三維場景，用戶只需花費(fèi)很少的時(shí)間就可以構(gòu)造復(fù)雜、優(yōu)美的圖像場景，同一份代碼可利用OpenGL發(fā)展的最新版本。

Qt由挪威奇趣科技公司開發(fā)的面向?qū)ο蟆⒖缙脚_(tái)的C++圖形用戶界面框架，具有一次編寫、隨處編譯的特征。采用Open Invnentor 和Qt開發(fā)儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)，界面友好、顯示效果精細(xì)、交互式操作靈活、易于維護(hù)，并具有跨平臺(tái)性。

2 儲(chǔ)層數(shù)據(jù)模型可視化

2.1 數(shù)據(jù)格式

在構(gòu)造建模中，使用克里金插值算法，得到每一個(gè)網(wǎng)格上的深度值，在屬性建模中使用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法模擬出對應(yīng)網(wǎng)格上的屬性值，兩者合在一起形成帶構(gòu)造規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)。因而儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)的輸入是隨機(jī)建模的結(jié)果數(shù)據(jù)，包括沉積相、孔隙度、滲透率、含油飽和度等參數(shù)模型的數(shù)據(jù)體。這些數(shù)據(jù)的格式如下：

X方向網(wǎng)格數(shù) Y方向網(wǎng)格數(shù) 儲(chǔ)層層數(shù) X起始坐標(biāo) Y起始坐標(biāo) Z起始坐標(biāo) X方向網(wǎng)格步長 Y方向網(wǎng)格步長 層間厚度

屬性最小值 屬性最大值

第1點(diǎn)的Z坐標(biāo)值 第1點(diǎn)的屬性值

第2點(diǎn)的Z坐標(biāo)值 第2點(diǎn)的屬性值

… …

網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)在XOY平面上按規(guī)則順序排列，令X、Y方向的網(wǎng)格步長為dx、dy，網(wǎng)格數(shù)為Nx、Ny，原點(diǎn)坐標(biāo)為x0、y0、z0，則任一網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)Node的空間坐標(biāo)（x，y，z）和屬性值s為：x=dx·i+x0

y=dy·j+y0

z=DPk

s=Sk

（1） 公式（1）中，i的范圍為[0，Nx1]，j的范圍為[0，Ny1]，k為結(jié)點(diǎn)Node（i，j）在數(shù)據(jù)中的排序數(shù)，DPk、Sk分別為第k 點(diǎn)處的深度和屬性值。

2.2 儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)的場景結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)分為兩個(gè)場景：儲(chǔ)層參數(shù)模型場景、顏色圖例場景。儲(chǔ)層參數(shù)模型場景包含立體模型完全展示、撥層展示和剖面模型展示。其中，撥層只顯示儲(chǔ)層中的某一片，剖面可以瀏覽和分析儲(chǔ)層斷面上的空間分布。本系統(tǒng)總場景如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)場景

圖1中，儲(chǔ)層模型立體展示、撥層展示、剖面展示采用Open Inventor中的SoSwitch開關(guān)節(jié)點(diǎn)控制，SoSwitch的whichFild域默認(rèn)為1，表示不遍歷任何子節(jié)點(diǎn)。

2.3 立體模型

儲(chǔ)層立體模型場景如圖2所示。

圖2 儲(chǔ)層模型立體模型場景

圖2中，采用Open Inventor中的SoCoordinate、SoMaterial、SoMaterialBinding、SoQuadMesh類描述儲(chǔ)層地質(zhì)模型中的每一小層。用結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容，每個(gè)模擬點(diǎn)的坐標(biāo)可從結(jié)構(gòu)體中得到，然后使用SoCoordinate節(jié)點(diǎn)管理。每個(gè)模擬點(diǎn)的顏色表明了這個(gè)點(diǎn)的屬性值。本系統(tǒng)采用64個(gè)顏色組成的色表文件，用屬性的最大值減最小值再除以顏色總數(shù)，得到屬性值步長，按照此步長將屬性值劃分為不同的范圍，每個(gè)范圍對應(yīng)色表文件中的每一條目，即顏色值。然后采用Open Inventor的SoMaterial類管理顏色，用形體節(jié)點(diǎn)SoQuadMesh構(gòu)造每個(gè)小四邊形面片，從而建立起儲(chǔ)層模型的立體圖。

2.4 剖面模型

儲(chǔ)層剖面圖是一種地質(zhì)圖件，能直觀地反映地質(zhì)體斷面方向的整體輪廓、構(gòu)造情況、地層之間的位置關(guān)系。這里的剖切路徑采用一系列剖切點(diǎn)依次連接的折線表示，繪制剖面圖的算法如下：

（1）以折線方向?yàn)椴介L遞增方向，求折線上結(jié)點(diǎn)的總數(shù)。i=（yj-yj-1）2+（xj-xj-1）2d

（2） x是剖切點(diǎn)的X坐標(biāo)值，y是剖切點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，d是步長，此算法中預(yù)設(shè)d為X方向網(wǎng)格步長，i是相鄰兩剖切點(diǎn)長度除以步長的倍數(shù)，j為當(dāng)前剖切點(diǎn)的序號。

（2）計(jì)算兩個(gè)剖切點(diǎn)之間直線和x軸的夾角。a=arctanyj-yj-1xj-xj-1

（3） j為當(dāng)前所選剖切點(diǎn)的序號，α為兩剖切點(diǎn)之間的直線與X軸的夾角。

（3）計(jì)算折線上結(jié)點(diǎn)x、y的坐標(biāo)值。

公式（3）計(jì)算得出的傾斜角值代入公式（4）和（5），得出d1和d2的值：d1=i·d·cos（α）+xj-1

（4）

d2=i·d·cos（α）+yj-1

（5） i值的意義同公式（2），j為當(dāng)前所選點(diǎn)的序號，α的意義同公式（3），d1為剖切線X軸方向的分量，d2為剖切線Y軸方向的分量。

（4）計(jì)算結(jié)點(diǎn)在網(wǎng)格中的位置。

（5）根據(jù)該結(jié)點(diǎn)周圍的4個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，利用距離反比加權(quán)法計(jì)算z值和屬性值。

得到切面數(shù)據(jù)后，將相鄰兩層面上的數(shù)據(jù)每4個(gè)依次連接為小四邊形面片，用形體節(jié)點(diǎn)SoQuadMesh構(gòu)造每個(gè)小四邊形面片，建立起儲(chǔ)層模型的剖面圖。

3 功能展示

基于Open Inventor的儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)的主要功能：物性與沉積相的立體圖、物性與沉積相的撥層圖、物性與沉積相的剖面圖，以及模型的旋轉(zhuǎn)、平移、放大縮小、Z方向夸張顯示等交互式操作。以勝利某區(qū)塊數(shù)據(jù)測試該系統(tǒng)，分別展示各參數(shù)模型。圖3是沉積相在三維空間的分布圖，其中不同顏色代表了不同的沉積相，此沉積相模型有5種相。

圖3 儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)沉積相三維分布

圖4是滲透率的三維空間分布圖，左上角是滲透率的圖例，不同的顏色反映了滲透率隨空間變化的情況。

圖4 儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)滲透率三維分布

當(dāng)用戶查看儲(chǔ)層內(nèi)部數(shù)據(jù)分布以作比較時(shí)，可使用撥層功能，如圖5所示。

圖5 撥層顯示含油飽和度的第6片

4 結(jié)語

本文重點(diǎn)研究了儲(chǔ)層參數(shù)的立體模型、繪制剖面模型的算法、顏色映射等技術(shù)，并用C++、Qt和Open Inventor對儲(chǔ)層模型可視化系統(tǒng)化進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，直觀真實(shí)地再現(xiàn)了油藏的地質(zhì)構(gòu)造以及油藏參數(shù)在空間的變化。參考文獻(xiàn)：

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