基于WPF的港口起重设备3D在线监测系统设计与实现

摘要

随着经济全球化和物流业的发展，港口装卸能力日益提高，港口起重设备也在朝着大型化、重型化和高速化发展，这就对港口起重设备监测系统提出了新要求，不再简单停留在正确控制和运行上，而是希望能够基于一个三维、具有沉浸感和交互性的实时仿真环境，并实时立体模拟显示设备的运行姿态和运行环境和运行状况信息。桌面虚拟现实是虚拟现实抛弃了“沉浸”后出现的一个分支，成本相对要低得多，随着计算机图形硬件的发展，沉浸效果也已有了很大提高。因此，桌面虚拟现实被认为是从事虚拟现实研究工作的必经阶段。WPF(Windows Presentation Foundation)是微软新一代图形系统，为用户界面、2D/3D图形、文档和媒体提供了统一的描述和操作方法，提供了超丰富的.NETUI框架，集成了矢量图形，3D视觉效果和强大的控件模型框架。WPF诸多的优越性决定了它必然会成为实现桌面虚拟现实的常用工具之一。
　　 基于WPF的港口起重设备3D在线监测系统是桌面虚拟现实技术的应用。系统设计的目标是把桌面虚拟现实技术应用到工业控制领域，在远程终端虚拟环境中，利用3DS建模和WPF控制，以网络传输为载体，用实际工作数据进行驱动，真实再现设备现场工作状况，对设备工况进行虚拟模型在线监测和实时数据监测，能够对设备运行状态实施完整的跟踪。
　　 本文首先介绍了港口起重设备监测系统和虚拟现实的国内外现状，深入研究了WPF的技术特点，及其作为实现桌面虚拟现实工具的诸多优越性。在此基础上，以WPF为平台，以实现对设备在虚拟环境下的在线监测功能为目标，以门座式起重机为对象给出了系统的设计目标、开发方案、功能构架与开发平台；进而根据系统需求，围绕在线监测系统实现的三大关键技术：模型建立、设备动态监测和人机交互进行了深入探讨，并从多个角度采取不同方法加以改进和实现。最后利用模拟现场工况数据分析演示系统的实际工作过程。
　　 本文根据虚拟现实技术要求，利用WPF实现工作现场的真实再现、在线监测与人机交互。通过模拟现场数据测试，证明了系统的稳定性和实用性。且系统设计和建模方法具有通用性，可以方便的移植到其它应用环境中。