协同式化工生产三维虚拟仿真系统的研究

摘要

虚拟现实技术作为一项热门技术，凭借自身的优异特性已经深入到人们生活的各个领域，尤其在教育领域，虚拟实验室和虚拟仿真培训系统的开发大力推动了远程教育、实训教学、网络多人协同操作等新型教育模式的快速发展。化工实训领域中，培养人才的结构模式一直非常单一，缺乏创新，无法得到较好的培训效果。因此，将虚拟现实技术引入化工生产类的教学当中，构建具有高沉浸感多功能的化工实训仿真系统有着重大意义。同时，化工实训的多人合作操作特性是人才培养的重点，使用虚拟现实技术建立协同式的多人操作系统，将十分满足人才培养的需要。因此，本文采用基于Virtools的虚拟场景交互设计方法，以化工生产中的乙酸乙酯生产工艺为研究对象，对协同式的化工生产三维虚拟仿真系统的构建进行了探索研究。
　　本文依据国内外虚拟仿真实训软件的发展现状，结合化工仿真的特点，深入讨论了构建化工类虚拟仿真实训软件的各种技术解决方案，确定了协同式化工生产三维虚拟仿真系统的总体设计思想和开发路线，使用Virtools三维软件作为开发平台，通过脚本编译和扩展技术，构建了具有强烈沉浸感、人机高交互、实时动态模拟仿真的协同式化工生产三维虚拟仿真系统，并且成功的将三维场景虚拟仿真操作与二维DCS仿真系统相结合，使化工虚拟实训平台更加全面化，采用ChemCAD作为主体仿真计算软件，将模拟的结果和实际生产的数据相结合，构建了具有开放性和可扩展性的酯化反应数学模型，模拟了不同条件下的酯化反应结果，满足用户学习原理的需要。同时，本文使用Virtools中实现联机功能的网络服务器(Server)模块和通信方法，构建了协同式的操作系统，文中详细阐述了实现协同系统的方法和关键技术。
　　本论文开发的协同式化工生产虚拟仿真实训系统仿真度高，交互性强，DCS控制系统功能完善，实时数据模型数据处理能力强大，全部实训过程完整。该系统可应用于高校的化工生产实训课程、工厂生产前员工培训等领域，其协同化的构建模式对化工实训类人才的培养方式的探索有着很好的指导作用。