0 引言
　　電磁(cí)流量計 基(jī)于電磁感(gan)應原理，利(lì)用導電流(liu)體經過電(dian)磁外加🥰磁(cí)💘場時産🌂生(sheng)電動勢來(lái)測量導電(dian)流體的流(liú)量。電磁流(liú)量計是❗一(yi)種常見的(de)檢測流量(liàng)的傳感器(qì)，具有成本(běn)低、測量範(fan)圍大和精(jīng)度高等優(yōu)點，因此在(zai)工業領⭐域(yù)應用廣😄泛(fan)。
　　自動檢測(cè)與轉換技(ji)術課ｆｅ專業(yè)頭踐性強(qiang)，因此在教(jiāo)學過程🈲中(zhong)🔅要求理論(lùn)與實踐結(jié)合。課堂教(jiao)學教師想(xiang)攜帶實物(wu)但礙于傳(chuan)感器體積(ji)笨重，想讓(ràng)學生親眼(yǎn)看到内部(bù)結構但現(xian)場拆解耽(dan)誤時間影(yǐng)響教學，導(dao)緻了學生(shēng)隻聽原理(li)不見實物(wu)造成學習(xi)興趣差效(xiào)率低的現(xian)象發生。當(dang)前課堂講(jiǎng)解的方🍉式(shì)主要有兩(liǎng)種：（１）教師口(kǒu)述；（２）Ｆｌａｓｈ動畫演(yan)示并結合(he)講解。口述(shù)相對抽象(xiang)，印象不深(shen)刻，記憶❄️效(xiào)果差。動畫(huà)演示，便于(yú)理解原理(li)，但和實際(ji)偏差大。
　　針(zhēn)對上述問(wèn)題，通過采(cai)用三維可(ke)視化技術(shù)，以電磁流(liu)量🏃‍♂️計爲研(yan)究對象，設(she)計了畫面(mian)逼真、聲音(yin)清晰和✏️使(shǐ)用簡便的(de)電磁流量(liang)計三維仿(páng)真系統。
１系(xi)統開發軟(ruǎn)件
1.1建模軟(ruan)件
　　３ＤＳＭａｘ具有對(duì)ＰＣ配置要求(qiu)低，安裝插(cha)件方便，角(jiǎo)色動畫制(zhi)作能力強(qiáng)👈和⛷️建模步(bu)驟可堆疊(die)的優點，因(yin)此選擇３ＤｓＭａｘ作(zuò)爲建模工(gong)具。建模是(shi)三維可視(shi)的第一步(bù)，模型的好(hao)壞直接影(ying)⛱️響最終的(de)表現效果(guǒ)。爲保證模(mó)型的精度(du)和正确率(lü)，在建模時(shí)應♋注意：①保(bǎo)持模型的(de)尺✊寸應與(yu)電磁流量(liàng)計的實際(jì)尺寸一緻(zhi)；②保持模型(xing)的基點與(yu)３ＤＭａｘ場㊙️景中的(de)中心一緻(zhì)；③模型應抓(zhuā)住電磁流(liú)量計的主(zhu)體輪廓，盡(jìn)可能減少(shǎo)面數，以減(jiǎn)少計算數(shù)據量。
1.2視頻(pín)編輯軟件(jian)
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款專(zhuān)業非線性(xìng)視頻編輯(ji)軟件，操作(zuo)簡便，特技(jì)衆多，廣泛(fàn)✍️用于廣告(gao)制作、影視(shi)剪輯和動(dòng)畫制作等(děng)領域，具有(yǒu)🚶良好💔的兼(jian)容性，可以(yi)和Ａｄｏｂｅ推出的(de)其他軟件(jiàn)配合使用(yòng)［３］。爲保證視(shì)頻💋編輯質(zhì)量，在編輯(ji)時應注意(yi)：①選擇合适(shì)的編輯軟(ruǎn)件；②盡量搜(sōu)集足夠的(de)素材；③少使(shǐ)用長鏡頭(tóu)，切換鏡頭(tou)間隔１５ｓ左右(yòu)；④注意保存(cún)的尺寸和(he)格式。
１．３輔助(zhu)軟件
　　模型(xing)制作需要(yao)貼圖，圖片(pian)來源于現(xian)場拍攝，但(dan)是受限于(yú)時間和光(guāng)照等因素(sù)的影響，在(zài)貼圖之前(qián)需要對閣(gé)像進行光(guang)照、色度調(diao)整，同時取(qu)景時摻雜(zá)地面和試(shi)驗台背景(jing)等因素，需(xū)要利用“仿(pang)制圖章”工(gōng)具進行修(xiu)複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是一款(kuan)專業的圖(tú)像處理軟(ruǎn)件，功能強(qiang)大，廣泛應(yīng)用于平面(miàn)設計、廣告(gao)制作、網頁(ye)制作和處(chù)理三維貼(tiē)圖等領域(yu)。
２系統總體(tǐ)設計
　　維仿(pang)真系統由(you)模型制作(zuo)和動畫合(hé)成兩部分(fèn)組成。模型(xing)制作包括(kuo)建模、材質(zhi)貼圖、燈光(guāng)攝影機、關(guān)鍵幀動畫(hua)和渲染。動(dong)畫合成包(bāo)括腳本和(he)字幕。系統(tǒng)設計流程(cheng)如♻️圖１所示(shì)。
（１）模型制作(zuò)。①建模是三(sān)維可視化(huà)的第一步(bu)，模型的好(hao)壞🈲直🌈接影(yǐng)響🔴最終的(de)表現效果(guǒ)。常用的建(jiàn)模方法有(you)多邊形建(jiàn)🈲模、ＮＵＲＢＳ建模、複(fú)合對象建(jian)模和網格(gé)建模等。多(duo)邊形建模(mo)是将對象(xiàng)轉化成可(kě)編輯的多(duō)邊形通過(guò)對該多邊(biān)形對象的(de)多個子對(dui)象進行編(bian)輯和修改(gǎi)✔️來實現。ＮＵＫＢＳ建(jiàn)模，也稱曲(qǔ)線建模，在(zài)制作樣條(tiao)線時可使(shǐ)🈲用ＮＵＲＢＳ曲線，通(tong)過Ｌａｔｈｅ（車削）等(děng)修改器生(sheng)成

　　基于ＮＵＲＢＳ曲(qu)線的３Ｄ曲面(miàn)７。網格建模(mo)法采用“網(wang)格修改器(qì)”在🤟頂點⭐、邊(biān)💁、面三種子(zǐ)對象層級(ji)上編輯物(wù)體。在建模(mo)的過程中(zhong)，往往針對(dui)同一個對(dui)象根據實(shí)際操作的(de)需要采用(yong)多種建㊙️模(mó)方法來創(chuang)建💚模型。模(mó)型能夠表(biao)現物體的(de)外觀，但不(bu)能展示物(wù)體🆚的表面(miàn)效果。②材質(zhi)和⁉️貼圖能(néng)夠表現物(wù)體的表面(miàn)紋理。常見(jian)的貼圖方(fāng)法有位圖(tú)貼圖、噪波(bo)貼圖和棋(qí)盤🚩格貼圖(tú)等。實際的(de)貼圖之後(hou)還需要對(duì)圖片的📧參(cān)數進行設(she)置，同時需(xū)要🛀用到ＵＶＷ貼(tie)圖坐标修(xiu)改器修改(gǎi)貼圖的位(wei)置和形态(tài)等。③燈光可(kě)以烘托場(chǎng)景氣氛，使(shǐ)場景更加(jiā)逼真。場景(jing)攝🚩影機提(tí)供用戶自(zi)🐪定義視角(jiǎo)，通過攝影(ying)機☁️來全方(fang)位的觀察(cha)對象。④關鍵(jiàn)幀動畫。３丨(shu)）ｓＭａｘ中的動畫(huà)主要有關(guān)鍵🏃‍♂️幀動両(liang)、運動學、粒(lì)子動畫和(hé)ｒｅａｃｔｏｒ動力學４種(zhǒng)類型，關鍵(jian)幀動＿是最(zuì)基本的動(dòng)畫類型。⑤渲(xuan)染是🏃🏻‍♂️将三(san)維場景轉(zhuan)化㊙️爲二維(wéi)圖像來💚對(dui)場🏃🏻‍♂️景中的(de)各種效果(guǒ)進行輸出(chu)。
（２）動畫合成(chéng)。①編寫文字(zì)腳本，然後(hou)采用軟件(jiàn)ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作音頻(pin)💁。②字幕是将(jiang)💛語🥰音内容(rong)以文字的(de)形式顯示(shì)，幫助觀衆(zhōng)理解内容(rong)。
３系統開發(fā)過程
３．１模型(xing)制作
　　模型(xing)制作。建模(mó)是模型制(zhì)作第一個(gè)環節，三維(wei)場景中所(suo)有要表現(xiàn)的内容都(dou)要靠模型(xing)來體現，模(mó)型的精确(què)與否直接(jiē)影響到最(zuì)終的表現(xiàn)結果是否(fǒu)準确。在建(jiàn)模之前要(yào)先分析建(jian)模對象，電(dian)磁流量計(jì)外殼主要(yào)由圓柱和(hé)長方體構(gou)成，采用多(duo)邊形建模(mo)法較好。以(yǐ)螺栓模型(xing)爲例，首先(xiān)創建一個(ge)圓柱在修(xiu)改器面闆(pǎn)裏設置高(gāo)度、半徑，然(rán)後圖形中(zhong)選擇樣條(tiao)線找到多(duō)邊形，設置(zhì)多邊形的(de)邊數爲６，半(ban)徑大于圓(yuan)柱的半徑(jìng)，将多邊形(xing)轉化爲可(kě)編輯的多(duo)邊形，在修(xiu)改器列表(biǎo)中找到擠(jǐ)出設置參(can)數爲封口(kǒu)類型勾選(xuan)始端末端(duān)變形，輸出(chu)勾選網格(gé)。将平面六(liu)邊行轉化(hua)爲可編輯(ji)的網格，在(zài)修改器列(lie)表中選擇(ze)選擇面擠(jǐ)出。将做好(hǎo)的六面體(ti)與圓柱進(jin)行在XY軸平(píng)面内對齊(qí)，在左視圖(tú)中調整六(liu)面體和圓(yuán)柱上表面(mian)的位置，然(rán)後在命令(ling)面闆中樣(yàng)條線菜單(dan)下選擇螺(luó)旋線色設(she)置半徑１和(he)半徑２的大(da)小、螺旋線(xian)的高度、圈(quan)數和偏移(yí)量，做好後(hòu)将其繞在(zai)圓柱的周(zhōu)圍代表螺(luó)栓的螺紋(wén)。最後将圓(yuan)柱體、六邊(bian)體和螺旋(xuán)線打成組(zu)命名爲螺(luo)栓，其餘的(de)四個相同(tong)的螺栓直(zhí)接通過複(fu)制粘貼即(jí)可。制作好(hǎo)的電磁流(liu)量計外殼(ké)模型如圖(tu)２所示。
　　現場拍攝(she)的銘牌照(zhao)片受限于(yú)拍攝角度(du)和環境摻(chān)雜實‼️驗台(tai)和健，麵之(zhi)前雜雜進(jin)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件(jiàn)中的裁剪(jiǎn)工具和仿(páng)制圖章工(gong)具進行修(xiu)複，然後在(zài)命令闆中(zhōng)調整圖🏃像(xiang)的亮度/對(dui)比度、色階(jiē)💔和色彩平(píng)衡，出禮完(wán)成後保存(cun)爲JPG格式以(yi)備貼圖。處(chù)理前後的(de)圖像對比(bi)📐圖見圖３。貼(tiē)圖，首先将(jiāng)對像轉化(huà)爲可編輯(jí)的多邊形(xing)⛹🏻‍♀️，選擇可編(bian)輯多邊形(xing)狀态下選(xuan)擇編輯層(céng)級爲多邊(biān)💘形，然後選(xuan)定貼圖的(de)面，在修改(gǎi)器卷展欄(lan)下選擇UV坐(zuò)标最後選(xuan)擇UVW貼圖。打(dǎ)開材質編(bian)輯器找到(dào)貼圖将貼(tie)圖賦予材(cái)質球，然後(hou)将材質球(qiu)指定給選(xuǎn)定對象。初(chū)步貼圖後(hou)是不精确(què)的，此時需(xu)要使用UVW貼(tie)圖坐标修(xiū)改器修改(gǎi)貼圖的位(wèi)置和貼圖(tu)的大小。

　　燈光可(kě)以照亮場(chǎng)景，使場景(jing)中的對象(xiang)産生陰影(yǐng)。爲了使表(biao)難效✏️果更(gèng)加真實，需(xu)要給場景(jǐng)添加燈光(guāng)。使用攝影(yǐng)棚機優點(dian)是可以擺(bǎi)放在場景(jing)中任意位(wei)置，給用戶(hù)提供自定(dìng)義的視角(jiao)。在制作關(guan)鍵頓動畫(hua)時，采用目(mù)标攝像機(jī)由遠及近(jìn)來觀察電(dian)磁♻️流量計(jì)。爲了全方(fang)位的觀察(cha)電磁流👈量(liàng)計的外觀(guān)，需要在透(tou)視窗口下(xià)創建一架(jià)“自由攝像(xiàng)機”。
　　關鍵喊(hǎn)動畫就是(shi)指制作出(chu)幾個關鍵(jiàn)時間短的(de)場景，然後(hou)中間的動(dong)畫由計算(suan)機來完成(cheng)。在制作電(dian)磁流量🐅計(jì)三維動畫(huà)的過程🤩中(zhong)，要注意物(wù)體和攝像(xiàng)機不能同(tong)時移動，否(fǒu)則輸☂️出的(de)序列幀中(zhōng)會産生“抖(dou)動”現象。
　　在(zài)３ＤｓＭａｘ中完成的(de)場景稱爲(wèi)工程文件(jian)，隻有對場(chǎng)景進行👣渲(xuàn)染，才能将(jiang)材質、燈光(guang)及特效表(biao)現出來。“默(mo)認掃描線(xian)渲染器”是(shi)３ＤＳＭａｘ最基本的(de)渲染器，渲(xuan)染速度快(kuài)，可以将場(chǎng)景渲🏃染成(chéng)一系列的(de)🐅水平線，因(yīn)此選擇掃(sao)描線渲染(ran)器。在渲染(ran)器輸出設(she)置對話框(kuang)中，公用選(xuan)項欄勾選(xuǎn)設置渲染(ran)幀的範圍(wei)，幀的編号(hào)，渲染區域(yu)選擇視圖(tú)，輸出大小(xiao)爲１２８０ｘ９６０。在默認(ren)掃描線渲(xuàn)染器選項(xiang)框下勾選(xuan)貼圖、陰🏃🏻影(ying)和自動反(fǎn)射／折射和(hé)鏡像選項(xiàng)，過濾器選(xuan)Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項ｎｉ］。實物(wù)和渲染出(chu)的三維模(mó)型如圖４所(suǒ)示。

３．２動畫合成(cheng)
　　腳本制作(zuò)。首先搜集(jí)電磁流量(liang)計資料，獲(huò)取電磁流(liu)量計的結(jié)構、特點和(he)原理等信(xìn)息，制作文(wén)字腳本。然(ran)後采用軟(ruan)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文字(zì)腳本轉化(hua)爲音頻腳(jiǎo)本，ＷＡＶ音效好(hǎo)接近無損(sǔn)音樂格式(shì)，将音頻保(bao)🐕存爲ＷＡＶ格🐕式(shi)。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文字工具(ju)提供了創(chuàng)建清晰生(shēng)動文字所(suo)需要的各(gè)‼️種功能✏️，使(shǐ)用“字幕屬(shu)性”面闆可(kě)以修改字(zi)幕的大小(xiǎo)🌈、字體👣，并且(qiě)可以爲文(wen)字創建陰(yīn)影和浮雕(diāo)效果。本文(wén)使用的小(xiao)标題的文(wen)字樣式選(xuan)擇黑體，字(zì)号爲３６點，屏(píng)下方自動(dòng)樣式選擇(zé)🐕黑體，字号(hào)爲33點。
４系統(tǒng)實現
圖5爲(wei)電磁流量(liang)計三維仿(páng)真系統視(shi)頻播放組(zu)合。
⑴結構。電(dian)磁流量計(ji)由轉換器(qi)、表體和連(lian)接杆等構(gòu)成。轉換😍器(qì)📐由電極、傳(chuán)感器、信号(hao)放大電路(lù)、外圍電路(lù)、數據顯不(bú)模塊等構(gou)成；表體🌈和(he)連接杆由(you)轉換器外(wài)殼、支架連(lian)接杆、轉換(huan)器安全螺(luo)栓、表體機(ji)械結構等(děng)組成。流量(liang)計的測量(liang)管🌐是一種(zhǒng)裝有一對(dui)測量電極(jí)的内襯絕(jue)緣材⁉️料的(de)非導磁合(he)金短管，兩(liǎng)隻電極沿(yán)管徑方向(xiàng)穿過管壁(bi)固定在測(ce)量管上。其(qí)電極頭與(yǔ)襯裏内表(biao)面基本齊(qí)平。
（2）測量。由(you)兩方波脈(mo)沖勵磁時(shi)，将在測量(liang)管軸線垂(chuí)直的📱方向(xiang)上産生一(yi)磁通量密(mì)度爲B的工(gōng)作磁場。當(dāng)導電流體(tǐ)平均流💃🏻速(su)n（m/s）通過測量(liàng)管，将切割(ge)磁力線感(gan)應🏃出電動(dòng)勢瓦，其📐方(fang)向垂👨‍❤️‍👨直于(yú)磁場和流(liú)體的方向(xiang)。E正比于磁(cí)通量密度(dù)B測量管内(nei)徑d與平均(jun)流速n的乘(cheng)積。E正比于(yu)磁通密度(du)B，測量管内(nèi)徑d與平均(jun)流速n的乘(cheng)積💞。E（流量信(xìn)号）由電☎️極(ji)檢出并通(tōng)過電纜送(sòng)至轉換器(qì)。轉換器将(jiang)流量信号(hao)放大處理(li)後，可顯示(shì)流體流量(liang)，并💛能輸出(chu)脈沖，模拟(ni)電🈲流等信(xin)号，用于流(liu)量的控制(zhi)和調節。結(jie)合式（１）￣（３）可以(yǐ)推導出流(liú)量計算式(shì)（4）
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式中：κ爲儀(yi)表常數；E爲(wei)電極間信(xin)号電壓（V）；B爲(wèi)磁通密度(du)（T）；D爲測量🏒管(guǎn)内徑（m）；n爲平(píng)均流速（m/s）；S爲(wei)測量導管(guǎn)的橫截面(mian)積（m2）。
５結語
　　采(cai)用三維可(kě)視化技術(shù)，以電磁流(liú)量計爲研(yan)究對象開(kai)發的電磁(ci)流量計三(san)維仿真系(xì)統解決了(le)自動檢測(cè)與轉換🐕技(ji)術課程㊙️教(jiāo)學中隻聽(ting)原理不見(jiàn)實物，攜帶(dai)實物㊙️不便(biàn)和現場拆(chai)解耽誤時(shí)間影響教(jiao)學。系統具(ju)有畫面逼(bī)真。聲音清(qing)晰和使用(yong)簡便的優(you)點，能夠⛱️快(kuai)速掌握電(dian)磁流量計(jì)結構原理(lǐ)。

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