基于开源平台BPIP的采矿教学实践与学生科创探索

采矿工程是一门具有复杂性、整体性和系统性特点的学科。受制于开发平台等条件,采矿专业学生开展创新活动难度大、可持续性差,且与矿山现场应用存在较大距离。提出了一种基于开源程序的大学生科技创新实践平台(BPIP平台),该平台以Blender开源软件为载体,以Python为脚本语言,通过交互方式调用Blender自带内置引擎,构建一套支撑服务于矿山生产、灾害仿真等的三维可视化仿真平台。通过引入人工智能、数学建模等方法和思路,实现了矿山井巷自动生成、采矿参数优化、灾害动态仿真等内容。结合华北科技学院采矿专业学生的科技创新实践,BPIP平台已被成功应用于三维矿山模型快速构建、爆破设计三维可视化以及突水灾害避灾仿真等创新活动,取得了良好的效果。     

基于Blender的矿山井巷模型自动生成研究

以开源三维软件Blender和矿山基础信息库为资源,利用Python编程语言提出矿山井巷几何模型的计算方法,并通过Blender自带Python API调用Blender建模引擎,从而实现对矿山井巷三维模型的自动生成.运行结果表明所设计的模型简单易行,完全开源后无需软件费用.     

基于Virtools技术的钻井三维场景动态仿真

针对采用3D MAX、Flash和OpenGL等工具开发钻井三维场景的不足,提出一种3D MAX和Virtools技术相结合的钻井三维场景开发方法。利用3D MAX建模软件构建复杂的钻井设备模型;在Virtools平台下以nmo文件形式调用模型,并利用行为模块（BBs）控制各模型在三维场景中平滑的运动,实现了井场环境的动态仿真。该方法简单,易实现,具有一定的推广价值。     

基于X3DOM的矿山微震三维交互平台开发及其应用

针对矿山微震事件数据量大、来源复杂、多人异地操作不便等问题,基于X3DOM开发了矿山微震三维交互平台。该平台利用数据库存储采集的基础数据,为系统平台的建立提供支撑;使用Python语言调用Blender建模功能,生成井巷系统三维空间模型,并导出x3d文件;以X3DOM为技术框架,利用JavaScript调用三维井巷系统几何模型x3d文件、编写微震事件模型算法,实现矿山三维虚拟场景创建、微震事件交互展示等;同时,以Apache为网络服务器,形成在浏览器端登录网页,即可访问B/S模式的矿山微震三维交互平台。本文以山东某矿为例开展研究,结果表明:该平台支持多人在线同时访问,为用户提供了强有力的微震事件实时监测、采掘活动与微震事件相关性研究平台。     

自复位学校建筑抗震韧性区域评估用数字孪生模型

在区域层面上对具有自复位模块结构的学校建筑进行抗震损伤和恢复力评估研究，建立了一个基于Python语言的从结构非线性分析到损伤程度可视化演示用的数字孪生模型。Python语言也是目前通用于机器学习模型训练的编程语言，方便在该数字孪生模型中引入人工智能模型来代替结构仿真计算，通过使用实时监测地震动和结构响应数据结合人工智能模型进行区域灾害响应和功能恢复快速评估。结构损伤和恢复力分析结果（如不同地震下修复成本、修复时间、不可修复的概率等指标）通过生成shapefile在地理信息系统（GIS）软件中进行三维可视化，从而对采用自复位模块结构的学校建筑结构群在区域范围上进行抗震韧性定量评估。该模型的计算模块包括区域建筑结构清单生成、简化数值模型建立、地震响应非线性分析、结构响应参数生成、建筑结构易损部件定义、地震损失概率模型评估以及区域灾害损失的结果输出。这里的基于概率模型的学校建筑结构地震损失评估采用了FEMA P-58方法，并使用了Pelicun软件包进行计算。以旧金山湾区近2 000栋学校建筑作为案例，对假定使用偏心支撑框架自复位结构作为抗震结构体系的学校建筑群进行了抗震韧性评估，研究了通...     

基于CATIA的心墙堆石坝施工动态仿真

目前堆石坝施工动态仿真研究多是基于施工仿真结果构建三维可视化系统,然而系统中三维模型不易被修改,且提供的施工信息量有限,针对此问题,本文提出了以CATIA为基础的堆石坝施工动态仿真构架.首先,采用参数化技术建立堆石坝三维模型,实现了三维模型的快速修改更新;同时,利用CATIA的二次开发功能建立了具有扩展属性的堆石坝三维模型,这不仅提供了施工场景,还提供了大坝的形体参数、道路节点信息等施工信息;最后,以实际工程为例,结合离散事件仿真方法,建立了基于CATIA的心墙堆石坝施工仿真模型及系统平台,实现了堆石坝施工过程的三维动态表达及4D模型的远程交互,可为堆石坝施工管理提供重要理论与技术支持.     

基于特征地图的移动机器人EKF-SLAM和FastSLAM算法自主导航研究

对移动机器人未知环境中自主导航和SLAM(即时定位与构图)问题进行讨论。设计了一种构建2D可视化路标特征地图的方案,该方案结合单目视觉传感器和里程计的鲁棒感知模型,建立包含世界坐标系下三维信息的路标数据库,并获得全局环境下特征地图;提出了一种基于Python平台分析移动机器人自主导航鲁棒性的方法,通过在Python平台下引入扩展模块NumPy、PyLab构建仿真平台,对不同噪声环境下EKF-SLAM(扩展卡尔曼滤波器)和FastSLAM算法的导航过程进行了研究。实验显示了构图方案和仿真平台的可行性。     

基于Simulink船用智能柴油机共轨喷射系统视景仿真

选择合适的建模工具搭建船用智能柴油机燃油共轨喷射系统三维视景模型,在Matlab/Simu-link开发环境中设计该系统的数学模型,在此基础上,开发数据交互与通信模块,将上述两种模型进行有机融合,在网络化三维场景中实现燃油喷射过程的高逼真度可视化仿真.     

基于Unity 3D的钻井工程三维动态仿真

以石油钻井井场为原型,对井场的设备布局、结构、运动过程等进行剖析,实现对石油钻井井场设备的动态仿真。通过3D max软件建立了井场的三维模型、优化模型并且搭建出整个井场的虚拟场景,将建立好的模型导入Unity 3D软件中,并且利用Unity 3D软件建立沙漠地形、天空、树木等虚拟场景的必需元素。借助软件自带的脚本编程功能和物理引擎对石油井场的设备运动进行动态仿真和交互设计,实现了对虚拟场景中的设备模型平移、后退、旋转等运动控制,完成了石油钻井八大作业系统。起升钻柱实验结果证明,所设计的钻井工程三维动态仿真系统具有良好的三维性、交互性和逼真性,为建立石油钻井虚拟仿真培训平台奠定了基础。     

基于ActiveX/VegaPrime的交互视景仿真平台封装的研究

针对Vega Prime开发的视景仿真程序复杂度高、共性多、仿真领域多、开发语言单一的特点,提出了采用组件技术,结合GL Studio功能插件,实现了集虚拟仪表、Creator节点控制、视景仿真平台各模块类库在内的封装,屏蔽了虚拟仿真平台使用的复杂性和开发语言的限制.采用Windows消息机制,确保交互的可靠性,解决了视景封装后焦点丢失和消息无法截获的问题.通过ActiveX能够动态加载场景,实现与场景的实时交互和控制,直观快速的完成虚拟仿真软件的开发.文中在多个语言环境下通过该控件实现了多种虚拟仿真软件的开发,实验证明具有开发效率高、稳定性好的优点.     

基于Vega的飞行视景仿真系统设计

在飞行视景仿真的仪表建模中,专用仪表设计软件或Vega的仪表工具存在开发成本、显示效果及系统扩展性等不足。鉴于此,研究了基于Multigen Creator/Vega的复杂飞行仪表模型的建模方法,介绍了飞行视景仿真系统的模块化结构及开发该系统所用到的关键技术。在所给出的关键技术中,详细介绍了如何设计及驱动Creator软件建立的仪表实体模型以及开发基于Vega的视景驱动程序,并给出了相关的程序代码。阐述了在三维场景中,如何实现飞行模型的运动及仪表模型各模块的精确显示。该系统可以比较真实的模拟交互式的飞行过程,提供了一个通用的仿真平台。     

震动波传播衰减特性模拟

为研究震动波在岩质边坡中的传播规律,采用FLAC3D数值模拟动态软件中的仿真模块,对实测地震波信号在不同岩质边坡中的传播进行模拟,实时监测并记录坡体不同部位振动响应值,推出震动波在不同岩质边坡中的变化趋势.研究结果表明:揭示了震动波在岩质边坡传播中有阻尼效应,并在接近自由面时可形成反射波等规律.此外,通过对比监测露天矿采场实际爆破情况,为预裂爆破的优化提供了理论依据.     

三维动态反演人物模型构建与数据载入研究

研究案件过程动态反演所需人物模型的文件类型结构,根据模型的特点,构建案件反演所需的人物骨骼模型,设置作案过程中人物常用动作,将模型载入到基于OpenGL的三维案件场景中,实现了人物模型骨骼架构的动态显示。仿真结果表明,本方法能够满足案件场景重建中关于动态反演人物模型的需求,对实现案件场景动态反演具有重要意义。     

舰船目标雷达视景仿真研究

针对舰船目标雷达视景仿真中舰船目标实体建模和雷达视景仿真两个主要模块,在分析各个模块实现方法及原理的基础上,提出基于积木式模型结构细化分割的建模方法,探讨了三维动态海洋场景开发的方法和基于Vega的舰船目标雷达视景仿真流程.仿真结果表明建模和仿真方法具有可行性,仿真产生的雷达图像与实际图像较为接近,并符合实际成像条件下的成像规律.     

基于地震波介质载体动态传导规律的桥梁结构分析

地震波介质载体在地震发生时传递着能量,承载着地震信息。桥梁作为道路工程的咽喉,在发生大地震后的救灾中起着极其重要的作用。通过对地震波介质载体动态演化特征及规律的实质性认识和桥梁震害现象分析,探求其特性;从而将地震灾害演绎落实到以介质载体为核心,以震害媒介传递为路径的物质量级演变基础上,构建有限元模型。研究地震波不同介质对桥梁内力的影响,探寻其动态传递规律。     

基于BISQ模型的泥质含量变化时移地震响应机制

基于BISQ机制的双相介质模型,通过有效结合宏观条件和微观条件研究了地震波传播过程中的能量耗散和频散机制;基于泥砂岩岩石物理模型,分析了油藏注水开发条件下泥质含量变化引起的油藏弹性模量变化规律.在此基础上,通过双层地质模型时移地震响应数值模拟与差异属性分析,研究了油藏泥质含量变化前后P-P波和P-S转换波不同分量地震归一化均方根振幅属性随偏移距变化规律.结果表明,油藏泥质含量变化能够很好地模拟油田开发的动态过程,其引起的时移地震响应在不同分量和不同偏移距条件下差异清晰,P-P波、P-SV转换波归一化均方根振幅随偏移距变化差异明显,部分叠加处理技术将有利于提高时移地震处理与解释精度.     

一种基于Web的三维实时显示飞行仿真的实现方法

提出了使用ActiveX控件技术实现基于Web的三维实时显示飞行仿真的实现方法。以无人机的三维实时仿真为例 ,分析了基于Web的三维实时显示飞行仿真软件的开发过程中三维模型的建立、网络通信、虚拟场景漫游等环节的关键技术 ,并给出相应的解决方法。通过实验 ,证明了这种方法是可行的     

基于微信小程的Python学习系统设计与实现

以微信开发平台为基础,设计一个Python语言学习环境框架,构建学习、考试、博客等模块,采用数据抓取与服务代理模型(DSAM)的设计思路,为学习者提供充足的学习材料和内容,动态更新最新资源,为其它学习平台提供一种新的解决方案。     

地震应急基础数据库的创建及应用

地震应急指挥基础数据库可以支持地震直急灾害损失评估系统正常运转,快速评估地震发生区域灾害造成的经济损失和人员伤亡情况,并可迅速提供地震发生地区的地震灾害背景数据、灾害相关因素数据、社会经济统计数据,以往地震灾害及救灾案例等,让救灾指挥决策者了解地震灾害影响,估计灾害发展趋势,做出灾害规模判断。     

一种可定制三维图形仿真引擎体系结构研究

针对现有3D图形引擎中软件体系结构比较具体、内部模块之间耦合度大、系统排故困难、新技术新算法无法快速嵌入等问题,提出了一种可定制三维图形仿真引擎平台的体系结构。该体系结构从研究复杂仿真系统角度对复杂引擎平台系统的设计准则、扩展机制、仿真资源装配关系、典型模块开发及组件封装等仿真模型进行了描述。利用这些仿真模型,应用开发者可以明确设计思路,集成最新算法资源,灵活定制仿真装配组件,立足于仿真学科快速组建自己通用化的三维虚拟仿真引擎平台。