三维可视化技术及其在电力培训系统中的应用
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摘要
本文主要研究三维可视化技术的原理并应用到电力培训系统中。可视化作为一门新兴的学科，得到了空前的发展，研究成果不断涌现，应用领域不断扩大。三维可视化是将可视化提高到三维层次，它的含义是在计算机三维上显示现实世界以及模拟人们无法直接观察到的世界、过程及细节等的信息。因此三维可视化可以说是可视化技术的核心。
本文从图形学入手，通过对图形生成算法、坐标变换、真实感图形显示等算法的研究来探讨三维可视化的实现原理，通过研究三维可视化的过程来确定电力培训系统的三维可视化路线。电力培训系统的三维可视化设计实现分为多维信息空间数字化、虚拟环境逼真化、高效的计算机处理三个步骤。多维信息空间数字化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界。本课题中主要通过基于数据的建模和基于图像的建模实现，并在建模过程中体会到图形生成算法在可视化中的应用。虚拟环境逼真化是使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的对人的感官的各种刺激尽可能逼真地反馈给用户，从而使人产生亲临等同现实环境的“沉浸”感。课题主要通过对材质、灯光、摄像机的讨论来了解如何产生视觉效果上的沉浸感。高效的计算机信息处理已经渗透在多维信息空间数字化、虚拟环境逼真化的过程中。
最后对可视化的结果进行系统集成，实现了电力培训系统。并在总结已完成的电力设备模型的基础上建立二次开发系统，以简化电力设备模型的三维可视化过程，从而提高开发效率。
In this dissertation, we mainly research the principles of 3D visualization and application in the electric power training system. Visualization as a new subject is developing quickly. At the same time, its application fields has been enlarged and its productions appears tremendously . 3D visualization technology enhances visualization to 3D space level. By the technology the real world is displayed in computer , the unseen world, the processes and the details are simulated. Therefore the 3D Visualization is the essence of Visualization technology.
This thesis discusses the realized principle of 3D Visualization by researching graphics arithmetics, coordinate transformation,third dimension graphics display and so on, the realized route is decided by researching the processes of 3D Visualization. The design of electric power training system' 3D Visualization has three approachs:Digital of multi-dimension information world , Reality of virtual world and Computer process. Digital of multi-dimension information world is making the multi-dismension information of real world mapped at digital space of computer to create the corresponding virtual world. In this paper, it is realized by data-based modeling and graphics-based modeling. The corresponding arithmetics are applied in the process. Reality of virtual world is that the series stimulation for human sense which is produced by the objects in virtual world, thereby the immersion of human is equalto real world. The discuss is mainly on how to produce the immersion sense by of material, lighting and camerca
. The computer disposition is applied in all processes.
At last, the electric power training system is realized by integrating the production of visualization. The re-developinent. system is based on the finished model so as to make the 3D visualization of electric power facilities easy and improve the developing efficiency.
本文从图形学入手，通过对图形生成算法、坐标变换、真实感图形显示等算法的研究来探讨三维可视化的实现原理，通过研究三维可视化的过程来确定电力培训系统的三维可视化路线。电力培训系统的三维可视化设计实现分为多维信息空间数字化、虚拟环境逼真化、高效的计算机处理三个步骤。多维信息空间数字化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界。本课题中主要通过基于数据的建模和基于图像的建模实现，并在建模过程中体会到图形生成算法在可视化中的应用。虚拟环境逼真化是使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的对人的感官的各种刺激尽可能逼真地反馈给用户，从而使人产生亲临等同现实环境的“沉浸”感。课题主要通过对材质、灯光、摄像机的讨论来了解如何产生视觉效果上的沉浸感。高效的计算机信息处理已经渗透在多维信息空间数字化、虚拟环境逼真化的过程中。
最后对可视化的结果进行系统集成，实现了电力培训系统。并在总结已完成的电力设备模型的基础上建立二次开发系统，以简化电力设备模型的三维可视化过程，从而提高开发效率。
In this dissertation, we mainly research the principles of 3D visualization and application in the electric power training system. Visualization as a new subject is developing quickly. At the same time, its application fields has been enlarged and its productions appears tremendously . 3D visualization technology enhances visualization to 3D space level. By the technology the real world is displayed in computer , the unseen world, the processes and the details are simulated. Therefore the 3D Visualization is the essence of Visualization technology.
This thesis discusses the realized principle of 3D Visualization by researching graphics arithmetics, coordinate transformation,third dimension graphics display and so on, the realized route is decided by researching the processes of 3D Visualization. The design of electric power training system' 3D Visualization has three approachs:Digital of multi-dimension information world , Reality of virtual world and Computer process. Digital of multi-dimension information world is making the multi-dismension information of real world mapped at digital space of computer to create the corresponding virtual world. In this paper, it is realized by data-based modeling and graphics-based modeling. The corresponding arithmetics are applied in the process. Reality of virtual world is that the series stimulation for human sense which is produced by the objects in virtual world, thereby the immersion of human is equalto real world. The discuss is mainly on how to produce the immersion sense by of material, lighting and camerca
. The computer disposition is applied in all processes.
At last, the electric power training system is realized by integrating the production of visualization. The re-developinent. system is based on the finished model so as to make the 3D visualization of electric power facilities easy and improve the developing efficiency.
引文
1．潘云鹤，董金祥，陈德人．计算机图形学．修订版．北京：高等教育出版社，2003．
2．朱心雄等著．自由曲线曲面造型技术．北京．科学出版社，2000．
3．石教英，蔡文立编著．科学计算可视化算法与系统．北京：科学出版社，1996．
4．潘云鹤．计算机辅助色彩设计的原理与方法．浙江大学学报计算机专辑，1985．
5.Dyer D S. A dataflow toolkit for visualization. IEEE Computer Graphics & Application. 1990; 10(4): 60-69
6.Mahadev P M, Christie R D. Envision power system data: concepts and a prototype system state representation. IEEE PWRS. 1993; 8(3): 1084-1090
7.Mahadev P M, Christie R D, Envision power system data: Vulnerability and severity representations for static security assessment. IEEE PWRS, 1994; (4): 1915-1920
8．彭群生，鲍虎军，金小刚编著．计算机真实感图形的算法基础．北京：科学出版社，1999．
9．中国电力企业家协会供电分会编．变电运行(含调相机)．北京：中国电力出版社，1998．
10．邓扬晨，张卫红，钱卫，章怡宁．多维函数图形的一种三维可视化方法．西北工业大学学报．2003， 21(3)：368-371
11．王国彪．基于可视化的广义优化设计的立论基础．北京科技大学学报．1999，21(2)：206-208．
12．黄心渊主编．3DS 3dsmax R4标准教程．人民邮电出版社．
13．钱汉臣．计算机实用图形学与CAD技术．西南师范大学出版社
14．徐瑾，蔡秀云．用3dsmaxScritp脚本语言生成分形图形．工程图学学报．2003，3：94-98．
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26．赵沁平，郝爱民，陈小武．DVENET中的虚拟现实技术．系统仿真学报．2000，12(4)：296-304．
27．李欣．3DS 3dsmax在构建虚拟现实系统中的应用．计算机时代．2002，(8)：22-23．
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44．潘金銮．断路器检修技术讲座第一讲断路器的结构与检修．供川电．2002，19(4)：53-56．
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