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0 引言
　　電磁流量計(jì)基于電磁感應(yīng)原理，利用導(dǎo)電流體經(jīng)過(guò)電磁外加磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量導(dǎo)電流體的流量。電磁流量計(jì)是一種常見(jiàn)的檢測(cè)流量的傳感器，具有成本低、測(cè)量范圍大和精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
　　自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課ｆｅ專(zhuān)業(yè)頭踐性強(qiáng)，因此在教學(xué)過(guò)程中要求理論與實(shí)踐結(jié)合。課堂教學(xué)教師想攜帶實(shí)物但礙于傳感器體積笨重，想讓學(xué)生親眼看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)但現(xiàn)場(chǎng)拆解耽誤時(shí)間影響教學(xué)，導(dǎo)致了學(xué)生只聽(tīng)原理不見(jiàn)實(shí)物造成學(xué)習(xí)興趣差效率低的現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)前課堂講解的方式主要有兩種：（１）教師口述；（２）Ｆｌａｓｈ動(dòng)畫(huà)演示并結(jié)合講解。口述相對(duì)抽象，印象不深刻，記憶效果差。動(dòng)畫(huà)演示，便于理解原理，但和實(shí)際偏差大。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)采用三維可視化技術(shù)，以電磁流量計(jì)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了畫(huà)面逼真、聲音清晰和使用簡(jiǎn)便的電磁流量計(jì)三維仿真系統(tǒng)。
１系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件
1.1建模軟件
　　３ＤＳＭａｘ具有對(duì)ＰＣ配置要求低，安裝插件方便，角色動(dòng)畫(huà)制作能力強(qiáng)和建模步驟可堆疊的優(yōu)點(diǎn)，因此選擇３ＤｓＭａｘ作為建模工具。建模是三維可視的第一步，模型的好壞直接影響最終的表現(xiàn)效果。為保證模型的精度和正確率，在建模時(shí)應(yīng)注意：①保持模型的尺寸應(yīng)與電磁流量計(jì)的實(shí)際尺寸一致；②保持模型的基點(diǎn)與３ＤＭａｘ場(chǎng)景中的中心一致；③模型應(yīng)抓住電磁流量計(jì)的主體輪廓，盡可能減少面數(shù)，以減少計(jì)算數(shù)據(jù)量。
1.2視頻編輯軟件
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款專(zhuān)業(yè)非線性視頻編輯軟件，操作簡(jiǎn)便，特技眾多，廣泛用于廣告制作、影視剪輯和動(dòng)畫(huà)制作等領(lǐng)域，具有良好的兼容性，可以和Ａｄｏｂｅ推出的其他軟件配合使用［３］。為保證視頻編輯質(zhì)量，在編輯時(shí)應(yīng)注意：①選擇合適的編輯軟件；②盡量搜集足夠的素材；③少使用長(zhǎng)鏡頭，切換鏡頭間隔１５ｓ左右；④注意保存的尺寸和格式。
１．３輔助軟件
　　模型制作需要貼圖，圖片來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)拍攝，但是受限于時(shí)間和光照等因素的影響，在貼圖之前需要對(duì)閣像進(jìn)行光照、色度調(diào)整，同時(shí)取景時(shí)摻雜地面和試驗(yàn)臺(tái)背景等因素，需要利用“仿制圖章”工具進(jìn)行修復(fù)。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是一款專(zhuān)業(yè)的圖像處理軟件，功能強(qiáng)大，廣泛應(yīng)用于平面設(shè)計(jì)、廣告制作、網(wǎng)頁(yè)制作和處理三維貼圖等領(lǐng)域。
２系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　維仿真系統(tǒng)由模型制作和動(dòng)畫(huà)合成兩部分組成。模型制作包括建模、材質(zhì)貼圖、燈光攝影機(jī)、關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)和渲染。動(dòng)畫(huà)合成包括腳本和字幕。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖１所示。
（１）模型制作。①建模是三維可視化的第一步，模型的好壞直接影響最終的表現(xiàn)效果。常用的建模方法有多邊形建模、ＮＵＲＢＳ建模、復(fù)合對(duì)象建模和網(wǎng)格建模等。多邊形建模是將對(duì)象轉(zhuǎn)化成可編輯的多邊形通過(guò)對(duì)該多邊形對(duì)象的多個(gè)子對(duì)象進(jìn)行編輯和修改來(lái)實(shí)現(xiàn)。ＮＵＫＢＳ建模，也稱(chēng)曲線建模，在制作樣條線時(shí)可使用ＮＵＲＢＳ曲線，通過(guò)Ｌａｔｈｅ（車(chē)削）等修改器生成��

　　基于ＮＵＲＢＳ曲線的３Ｄ曲面７。網(wǎng)格建模法采用“網(wǎng)格修改器”在頂點(diǎn)、邊、面三種子對(duì)象層級(jí)上編輯物體。在建模的過(guò)程中，往往針對(duì)同一個(gè)對(duì)象根據(jù)實(shí)際操作的需要采用多種建模方法來(lái)創(chuàng)建模型。模型能夠表現(xiàn)物體的外觀，但不能展示物體的表面效果。②材質(zhì)和貼圖能夠表現(xiàn)物體的表面紋理。常見(jiàn)的貼圖方法有位圖貼圖、噪波貼圖和棋盤(pán)格貼圖等。實(shí)際的貼圖之后還需要對(duì)圖片的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)需要用到ＵＶＷ貼圖坐標(biāo)修改器修改貼圖的位置和形態(tài)等。③燈光可以烘托場(chǎng)景氣氛，使場(chǎng)景更加逼真。場(chǎng)景攝影機(jī)提供用戶自定義視角，通過(guò)攝影機(jī)來(lái)全方位的觀察對(duì)象。④關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)。３丨）ｓＭａｘ中的動(dòng)畫(huà)主要有關(guān)鍵幀動(dòng)両、運(yùn)動(dòng)學(xué)、粒子動(dòng)畫(huà)和ｒｅａｃｔｏｒ動(dòng)力學(xué)４種類(lèi)型，關(guān)鍵幀動(dòng)＿是最基本的動(dòng)畫(huà)類(lèi)型。⑤渲染是將三維場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為二維圖像來(lái)對(duì)場(chǎng)景中的各種效果進(jìn)行輸出。
（２）動(dòng)畫(huà)合成。①編寫(xiě)文字腳本，然后采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作音頻。②字幕是將語(yǔ)音內(nèi)容以文字的形式顯示，幫助觀眾理解內(nèi)容。
３系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程
３．１模型制作
　　模型制作。建模是模型制作第一個(gè)環(huán)節(jié)，三維場(chǎng)景中所有要表現(xiàn)的內(nèi)容都要靠模型來(lái)體現(xiàn)，模型的精確與否直接影響到最終的表現(xiàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確。在建模之前要先分析建模對(duì)象，電磁流量計(jì)外殼主要由圓柱和長(zhǎng)方體構(gòu)成，采用多邊形建模法較好。以螺栓模型為例，首先創(chuàng)建一個(gè)圓柱在修改器面板里設(shè)置高度、半徑，然后圖形中選擇樣條線找到多邊形，設(shè)置多邊形的邊數(shù)為６，半徑大于圓柱的半徑，將多邊形轉(zhuǎn)化為可編輯的多邊形，在修改器列表中找到擠出設(shè)置參數(shù)為封口類(lèi)型勾選始端末端變形，輸出勾選網(wǎng)格。將平面六邊行轉(zhuǎn)化為可編輯的網(wǎng)格，在修改器列表中選擇選擇面擠出。將做好的六面體與圓柱進(jìn)行在XY軸平面內(nèi)對(duì)齊，在左視圖中調(diào)整六面體和圓柱上表面的位置，然后在命令面板中樣條線菜單下選擇螺旋線色設(shè)置半徑１和半徑２的大小、螺旋線的高度、圈數(shù)和偏移量，做好后將其繞在圓柱的周?chē)�代表螺栓的螺紋。最后將圓柱體、六邊體和螺旋線打成組命名為螺栓，其余的四個(gè)相同的螺栓直接通過(guò)復(fù)制粘貼即可。制作好的電磁流量計(jì)外殼模型如圖２所示。
　　現(xiàn)場(chǎng)拍攝的銘牌照片受限于拍攝角度和環(huán)境摻雜實(shí)驗(yàn)臺(tái)和健，麵之前雜雜進(jìn)行賴(lài)Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中的裁剪工具和仿制圖章工具進(jìn)行修復(fù)，然后在命令板中調(diào)整圖像的亮度/對(duì)比度、色階和色彩平衡，出禮完成后保存為JPG格式以備貼圖。處理前后的圖像對(duì)比圖見(jiàn)圖３。貼圖，首先將對(duì)像轉(zhuǎn)化為可編輯的多邊形，選擇可編輯多邊形狀態(tài)下選擇編輯層級(jí)為多邊形，然后選定貼圖的面，在修改器卷展欄下選擇UV坐標(biāo)最后選擇UVW貼圖。打開(kāi)材質(zhì)編輯器找到貼圖將貼圖賦予材質(zhì)球，然后將材質(zhì)球指定給選定對(duì)象。初步貼圖后是不精確的，此時(shí)需要使用UVW貼圖坐標(biāo)修改器修改貼圖的位置和貼圖的大小。

　　燈光可以照亮場(chǎng)景，使場(chǎng)景中的對(duì)象產(chǎn)生陰影。為了使表難效果更加真實(shí)，需要給場(chǎng)景添加燈光。使用攝影棚機(jī)優(yōu)點(diǎn)是可以擺放在場(chǎng)景中任意位置，給用戶提供自定義的視角。在制作關(guān)鍵頓動(dòng)畫(huà)時(shí)，采用目標(biāo)攝像機(jī)由遠(yuǎn)及近來(lái)觀察電磁流量計(jì)。為了全方位的觀察電磁流量計(jì)的外觀，需要在透視窗口下創(chuàng)建一架“自由攝像機(jī)”。
　　關(guān)鍵喊動(dòng)畫(huà)就是指制作出幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)間短的場(chǎng)景，然后中間的動(dòng)畫(huà)由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。在制作電磁流量計(jì)三維動(dòng)畫(huà)的過(guò)程中，要注意物體和攝像機(jī)不能同時(shí)移動(dòng)，否則輸出的序列幀中會(huì)產(chǎn)生“抖動(dòng)”現(xiàn)象。
　　在３ＤｓＭａｘ中完成的場(chǎng)景稱(chēng)為工程文件，只有對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染，才能將材質(zhì)、燈光及特效表現(xiàn)出來(lái)。“默認(rèn)掃描線渲染器”是３ＤＳＭａｘ最基本的渲染器，渲染速度快，可以將場(chǎng)景渲染成一系列的水平線，因此選擇掃描線渲染器。在渲染器輸出設(shè)置對(duì)話框中，公用選項(xiàng)欄勾選設(shè)置渲染幀的范圍，幀的編號(hào)，渲染區(qū)域選擇視圖，輸出大小為１２８０ｘ９６０。在默認(rèn)掃描線渲染器選項(xiàng)框下勾選貼圖、陰影和自動(dòng)反射／折射和鏡像選項(xiàng)，過(guò)濾器選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項(xiàng)ｎｉ］。實(shí)物和渲染出的三維模型如圖４所示。
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３．２動(dòng)畫(huà)合成�崳�
　　腳本制作。首先搜集電磁流量計(jì)資料，獲取電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和原理等信息，制作文字腳本。然后采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ將文字腳本轉(zhuǎn)化為音頻腳本，ＷＡＶ音效好接近無(wú)損音樂(lè)格式，將音頻保存為ＷＡＶ格式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文字工具提供了創(chuàng)建清晰生動(dòng)文字所需要的各種功能，使用“字幕屬性”面板可以修改字幕的大小、字體，并且可以為文字創(chuàng)建陰影和浮雕效果。本文使用的小標(biāo)題的文字樣式選擇黑體，字號(hào)為３６點(diǎn)，屏下方自動(dòng)樣式選擇黑體，字號(hào)為33點(diǎn)。
４系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
圖5為電磁流量計(jì)三維仿真系統(tǒng)視頻播放組合。
⑴結(jié)構(gòu)。電磁流量計(jì)由轉(zhuǎn)換器、表體和連接桿等構(gòu)成。轉(zhuǎn)換器由電極、傳感器、信號(hào)放大電路、外圍電路、數(shù)據(jù)顯不模塊等構(gòu)成；表體和連接桿由轉(zhuǎn)換器外殼、支架連接桿、轉(zhuǎn)換器安全螺栓、表體機(jī)械結(jié)構(gòu)等組成。流量計(jì)的測(cè)量管是一種裝有一對(duì)測(cè)量電極的內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金短管，兩只電極沿管徑方向穿過(guò)管壁固定在測(cè)量管上。其電極頭與襯里內(nèi)表面基本齊平。
（2）測(cè)量。由兩方波脈沖勵(lì)磁時(shí)，將在測(cè)量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通量密度為B的工作磁場(chǎng)。當(dāng)導(dǎo)電流體平均流速n（m/s）通過(guò)測(cè)量管，將切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)瓦，其方向垂直于磁場(chǎng)和流體的方向。E正比于磁通量密度B測(cè)量管內(nèi)徑d與平均流速n的乘積。E正比于磁通密度B，測(cè)量管內(nèi)徑d與平均流速n的乘積。E（流量信號(hào)）由電極檢出并通過(guò)電纜送至轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將流量信號(hào)放大處理后，可顯示流體流量，并能輸出脈沖，模擬電流等信號(hào)，用于流量的控制和調(diào)節(jié)。結(jié)合式（１）￣（３）可以推導(dǎo)出流量計(jì)算式（4）�崳姡�
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式中：κ為儀表常數(shù)；E為電極間信號(hào)電壓（V）；B為磁通密度（T）；D為測(cè)量管內(nèi)徑（m）；n為平均流速（m/s）；S為測(cè)量導(dǎo)管的橫截面積（m2）。
５�壗Y(jié)語(yǔ)
　　采用三維可視化技術(shù)，以電磁流量計(jì)為研究對(duì)象開(kāi)發(fā)的電磁流量計(jì)三維仿真系統(tǒng)解決了自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)中只聽(tīng)原理不見(jiàn)實(shí)物，攜帶實(shí)物不便和現(xiàn)場(chǎng)拆解耽誤時(shí)間影響教學(xué)。系統(tǒng)具有畫(huà)面逼真。聲音清晰和使用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速掌握電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理。

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