0 引言
　　電(diàn)磁流量計 基(ji)于電磁感應(yīng)原理，利用導(dao)電流體經過(guo)電磁外加💜磁(ci)🙇🏻場時⛹🏻‍♀️産生電(diàn)動勢來測量(liang)導電流體的(de)流量。電磁流(liu)量計是一種(zhǒng)🌈常見的檢測(ce)流量的傳感(gan)器，具有成本(běn)低、測量範圍(wei)大和精度高(gāo)等優點，因此(ci)在工業領域(yu)應用廣泛。
　　自(zi)動檢測與轉(zhuan)換技術課ｆｅ專(zhuan)業頭踐性強(qiáng)，因此在教學(xue)過程中要求(qiu)理論與實踐(jiàn)結合。課堂教(jiao)學教師想攜(xié)帶實物但礙(ai)于傳感器體(ti)積笨重，想讓(rang)學生親眼看(kàn)到内部結構(gou)但現場拆解(jie)耽誤時間影(ying)響教學，導緻(zhi)了學生隻聽(tīng)原理不見實(shi)物造成學習(xí)興趣差效率(lü)低的現象📱發(fa)生。當前課堂(táng)講解的方式(shì)主要有兩🧑🏾‍🤝‍🧑🏼種(zhong)：（１）教師口述；（２）Ｆｌａｓｈ動(dong)💞畫演示并結(jie)合講解。口述(shu)相對抽象，印(yìn)象不深刻，記(jì)憶效果差。動(dòng)畫演示，便于(yú)理解原理，但(dan)和實際偏差(cha)大。
　　針對上述(shu)問題，通過采(cai)用三維可視(shi)化技術，以電(dian)磁流量計爲(wei)研究對象，設(she)計了畫面逼(bi)真、聲音清晰(xi)和使用簡便(bian)的電磁流量(liang)計三維仿真(zhen)系統。
１系統開(kāi)發軟件
1.1建模(mo)軟件
　　３ＤＳＭａｘ具有對(dui)ＰＣ配置要求低(di)，安裝插件方(fang)便，角色動畫(huà)制作能力強(qiang)和建模步驟(zhou)可堆疊的優(yōu)點，因此選擇(ze)３ＤｓＭａｘ作爲建模工(gong)具。建模是三(san)👨‍❤️‍👨維可視的第(dì)一步，模型的(de)好壞⭐直接影(ying)響最終🔅的表(biǎo)現效果。爲保(bǎo)證模型的精(jīng)度和🍉正确率(lǜ)，在建模時應(ying)♍注意：①保持模(mo)型的尺寸應(yīng)與電磁流量(liang)計的實際尺(chǐ)寸一緻；②保持(chi)模型的基點(dian)與３ＤＭａｘ場景中的(de)中心一緻；③模(mó)型應抓住電(dian)磁流量計的(de)主體輪廓，盡(jìn)可能減少面(miàn)數，以減少計(jì)算數據量。
1.2視(shi)頻編輯軟件(jiàn)
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款專業(yè)非線性視頻(pin)編輯軟件，操(cāo)作簡便，特技(ji)🔅衆多💁，廣泛用(yong)于廣告制作(zuò)、影視剪輯和(hé)動畫制作等(deng)領域🐕，具有良(liang)好的兼容性(xing)，可以和Ａｄｏｂｅ推出(chū)的其他軟件(jian)配合使用［３］。爲(wèi)保證視頻編(biān)輯質量，在編(biān)輯時應注意(yì)💚：①選擇合适的(de)編輯軟件；②盡(jin)量搜集足夠(gou)的素材；③少使(shǐ)用長鏡頭，切(qiē)換鏡頭間隔(ge)１５ｓ左右；④注意保(bao)存的尺寸和(hé)格式。
１．３輔助軟(ruan)件
　　模型制作(zuo)需要貼圖，圖(tu)片來源于現(xian)場拍攝，但是(shi)受限于時💋間(jiān)和光照等因(yīn)素的影響，在(zai)貼圖之前需(xū)要對閣像進(jin)行光照、色度(du)調整，同時取(qu)景時摻雜地(di)面和試驗台(tái)背景等因素(su)🤟，需要利用“仿(pang)制圖章”工具(jù)進行修複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是(shì)⭐一款專業的(de)圖像處理軟(ruǎn)件，功能強大(dà)，廣泛應用于(yu)平面設計、廣(guǎng)告制作、網頁(yè)制作和處理(li)三🍓維貼圖等(deng)領域。
２系統總(zǒng)體設計
　　維仿(páng)真系統由模(mó)型制作和動(dòng)畫合成兩部(bù)分組成。模型(xíng)制作包☎️括建(jiàn)模、材質貼圖(tú)、燈光攝影機(jī)、關鍵幀動畫(hua)和渲染。動畫(huà)合成包😄括腳(jiao)本和字幕。系(xì)統設計流程(chéng)如圖１所示🥰。
（１）模(mó)型制作。①建模(mo)是三維可視(shì)化的第一步(bù)，模型的好壞(huai)直接影響最(zui)終的表現效(xiao)果。常用的建(jian)模方法有🌍多(duō)邊形建模、ＮＵＲＢＳ建(jiàn)模、複合對🐆象(xiang)建模和網格(ge)建模等。多邊(bian)形建🐉模是将(jiāng)對象轉化成(chéng)可編輯的多(duo)邊形通過對(duì)該多邊形對(dui)象的🎯多個子(zǐ)對🌏象進行編(bian)輯和修改來(lai)實現。ＮＵＫＢＳ建模，也(ye)稱曲線建模(mó)，在制作樣條(tiao)線時可使用(yòng)ＮＵＲＢＳ曲線，通過💚Ｌａｔｈｅ（車(che)削）等修改器(qì)生成

　　基(ji)于ＮＵＲＢＳ曲線的３Ｄ曲(qu)面７。網格建模(mo)法采用“網格(gé)修改器”在🔞頂(dǐng)點、邊、面🔴三種(zhong)子對象層級(jí)上編輯物體(ti)。在建模的過(guò)程🧡中，往往針(zhen)對同一個對(dui)象根據實際(jì)操作的需要(yao)采用多種建(jiàn)模方法來創(chuàng)建🏒模型。模型(xíng)能夠表現物(wù)體的外觀，但(dan)不能展示物(wù)體的表面效(xiào)果。②材質和🏃貼(tiē)圖能夠表現(xiàn)物體的表面(mian)紋理。常見的(de)貼圖方法🐕有(you)位圖貼圖、噪(zào)♉波貼圖和棋(qí)盤格貼圖等(deng)。實際的貼🔞圖(tu)之後還需要(yào)對圖片的參(can)數進行設置(zhi)，同時需要用(yòng)到ＵＶＷ貼圖坐标(biao)修改器修改(gai)貼圖的位置(zhi)和形态等。③燈(dēng)光可以烘托(tuō)場景氣氛，使(shǐ)場景更加逼(bi)真。場景攝💃影(yǐng)機提供用戶(hù)自定義視角(jiao)，通過攝影機(jī)🐇來全方位💔的(de)觀察對象🏃。④關(guān)鍵幀動畫。３丨(shu)）ｓＭａｘ中的動畫主(zhǔ)要有關鍵幀(zhēn)動両、運動學(xué)、粒子動畫和(hé)ｒｅａｃｔｏｒ動力學４種類(lei)型，關鍵幀動(dòng)＿是最基本的(de)動畫類型。⑤渲(xuan)染是将三維(wei)🙇🏻場景轉化爲(wèi)二維圖像來(lái)對場景中的(de)各種效果進(jin)行輸出。
（２）動畫(hua)合成。①編寫文(wen)字腳本，然後(hou)采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制(zhì)作音頻。②字幕(mù)是将語音内(nèi)容以文字的(de)形式顯示，幫(bāng)助觀衆理解(jie)内容。
３系統開(kāi)發過程
３．１模型(xing)制作
　　模型制(zhì)作。建模是模(mo)型制作第一(yī)個環節，三維(wéi)場景中所有(you)要表現的内(nèi)容都要靠模(mo)型來體現，模(mo)型的精确與(yǔ)否直接影響(xiǎng)到最終的表(biǎo)現結果是否(fǒu)準确。在建模(mó)之前要先分(fen)析建模對象(xiang)，電磁流量計(jì)外殼主要由(yóu)圓柱和長方(fang)體構成，采用(yòng)多邊形建模(mo)法較好。以螺(luo)栓模型爲例(lì)，首先創建一(yī)個圓柱在修(xiu)改器面闆裏(li)設置高度、半(ban)徑，然後圖形(xing)中選擇樣條(tiáo)線找到多邊(bian)形，設置多邊(bian)形的邊數爲(wei)６，半徑大于圓(yuan)柱的半徑，将(jiang)多邊形轉化(hua)爲可編輯的(de)多邊形，在修(xiū)改器列表中(zhong)找到擠出設(she)置參數爲封(fēng)口類型勾選(xuan)始端末端變(bian)形，輸出勾選(xuǎn)網格。将平面(miàn)六邊行轉化(huà)爲可編輯的(de)網格，在修改(gai)器列表中選(xuan)擇選擇面擠(ji)出。将做好的(de)六面體與圓(yuán)柱進行在XY軸(zhou)平面内對齊(qí)，在左視圖中(zhōng)調整六面體(tǐ)和圓柱上表(biǎo)面的位置，然(ran)後在命令面(miàn)闆中樣條線(xiàn)菜單下選擇(zé)螺旋線色設(she)置半徑１和半(bàn)徑２的大小、螺(luó)旋線的高度(dù)、圈數和偏移(yi)量，做好後将(jiang)其繞在圓柱(zhù)的周圍代表(biǎo)螺栓的螺紋(wen)。最後将圓柱(zhu)體、六邊體和(he)螺旋線打成(chéng)組命名爲螺(luó)栓，其餘的四(si)個相同的螺(luo)栓直接通過(guò)複制粘貼即(ji)可。制作好的(de)電磁流量計(ji)外殼模型如(rú)圖２所示。
　　現場(chǎng)拍攝的銘牌(pai)照片受限于(yú)拍攝角度和(hé)環境摻✍️雜實(shi)驗台和🔅健，麵(mian)之前雜雜進(jin)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中(zhōng)的裁剪工具(ju)和仿制圖章(zhāng)工具進🈲行修(xiū)複，然後在命(ming)令闆中調整(zhěng)圖🐪像的亮度(dù)/對比度、色階(jiē)和色彩平衡(heng)，出禮完成後(hòu)保存爲JPG格式(shi)以備貼圖。處(chù)理前後的圖(tú)像對比圖見(jiàn)圖３。貼圖，首先(xiān)将對像轉化(hua)爲可編輯的(de)多邊形，選擇(zé)可編輯多邊(bian)形狀态下選(xuǎn)擇編輯層級(jí)爲多邊👨‍❤️‍👨形，然(rán)後選定貼圖(tu)的面，在修改(gai)器卷展欄下(xia)選擇UV坐标最(zuì)後選擇UVW貼圖(tú)。打開材質編(bian)輯器找㊙️到貼(tiē)圖将貼🈲圖賦(fù)予材質球，然(rán)後将材質球(qiú)指定給選定(dìng)對🤟象。初步貼(tie)圖後是不精(jīng)🔞确的，此時需(xu)要使用UVW貼圖(tú)坐标修🏃‍♂️改器(qi)修改貼圖的(de)位置和貼圖(tu)的大小。

　　燈光可(ke)以照亮場景(jing)，使場景中的(de)對象産生陰(yīn)影。爲了使表(biǎo)🌈難效果更加(jiā)真實，需要給(gěi)場景添加燈(dēng)光。使用攝影(yǐng)棚機優點是(shi)可以擺放在(zài)場景中任意(yì)位置，給用戶(hù)提供自🚶定義(yì)的視角。在♌制(zhì)作關鍵頓動(dòng)畫時，采用目(mu)标攝像機由(yóu)遠及近來觀(guān)察電磁流量(liang)計。爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻了全方(fang)位的觀察電(diàn)磁流量計的(de)外觀，需要在(zài)透視窗口下(xià)創建一架“自(zì)由攝像機🌈”。
　　關(guan)鍵喊動畫就(jiu)是指制作出(chū)幾個關鍵時(shi)間短的場景(jǐng)，然後中間的(de)動畫由計算(suàn)機來完成。在(zài)制作電磁流(liu)量計三維動(dong)畫的過程🌈中(zhōng)，要注意物體(ti)和攝像機🏃🏻‍♂️不(bú)能同❌時移動(dòng)，否則輸出的(de)序🌈列幀中✏️會(huì)産生“抖動”現(xian)象。
　　在３ＤｓＭａｘ中完成(chéng)的場景稱爲(wei)工程文件，隻(zhī)有對場景進(jìn)行渲染，才能(néng)将材質、燈光(guang)及特效表現(xiàn)出來。“默認掃(sao)描線渲染器(qi)”是３ＤＳＭａｘ最基本💘的(de)渲染器，渲染(rǎn)速度快，可以(yǐ)将場景渲染(rǎn)成一系列的(de)水平線，因此(cǐ)選擇掃描線(xiàn)渲染器。在渲(xuan)染器輸出設(shè)置對話框中(zhong)，公用選項欄(lán)勾選設置渲(xuàn)染幀的範圍(wei)，幀的編号，渲(xuan)染區域選擇(ze)視圖，輸出大(dà)小爲１２８０ｘ９６０。在默認(ren)掃描線渲染(ran)器選項框下(xià)勾選貼圖、陰(yīn)影和自動反(fan)射／折射和鏡(jing)像選項，過濾(lü)器選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項ｎｉ］。實(shí)物和渲染♊出(chū)的三維模型(xíng)如圖４所示。
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３．２動(dòng)畫合成
　　腳本(běn)制作。首先搜(sou)集電磁流量(liàng)計資料，獲取(qu)電磁流量計(jì)的結構🏒、特點(dian)和原理等信(xìn)息，制作文字(zì)腳本。然後采(cai)用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文(wen)字腳本轉化(hua)爲音頻腳本(ben)，ＷＡＶ音效好🌏接近(jìn)無⁉️損音樂㊙️格(gé)式，将❗音頻保(bao)😍存爲ＷＡＶ格式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文(wén)字工具提供(gòng)了創建清晰(xi)生動文字所(suo)需要的各種(zhong)功能🈲，使用“字(zi)幕屬性”面闆(pan)可以修改字(zi)幕的大小、字(zi)體，并且可以(yǐ)爲文🔅字創建(jian)陰影和浮雕(diāo)效果。本文使(shǐ)用的小标題(ti)的文字樣式(shì)選擇黑體，字(zi)号爲３６點，屏下(xia)方自動樣式(shi)選擇黑體，字(zi)号爲33點。
４系統(tǒng)實現
圖5爲電(diàn)磁流量計三(san)維仿真系統(tong)視頻播放組(zǔ)合。
⑴結構。電磁(ci)流量計由轉(zhuan)換器、表體和(he)連接杆等構(gou)成。轉換器由(yóu)電極、傳感器(qì)、信号放大電(diàn)路、外圍電路(lu)、數據顯不模(mó)塊等構成；表(biǎo)體和連接杆(gǎn)由轉換器外(wài)殼、支架連㊙️接(jie)杆、轉換器安(ān)全螺栓、表體(tǐ)機械結構等(deng)組✂️成。流量計(jì)✂️的測量管⛷️是(shì)一種裝有一(yi)對測量電極(jí)的内襯絕緣(yuan)材料的非導(dao)磁合金短管(guan)，兩隻電極沿(yán)管🐅徑方向穿(chuān)過管壁固定(ding)在測量管上(shàng)。其電極頭與(yu)襯裏内表面(mian)基本齊平。
（2）測(ce)量。由兩方波(bō)脈沖勵磁時(shí)，将在測量管(guan)軸線垂直的(de)方✉️向上産生(shēng)一磁通量密(mì)度爲B的工作(zuo)磁場。當導電(dian)流體平均流(liú)速n（m/s）通過測量(liàng)管，将切割磁(ci)力線感應出(chū)電動勢瓦，其(qí)方向垂直于(yú)磁🌈場和流體(tǐ)的方向。E正比(bǐ)于磁通量密(mì)度B測🍉量管内(nèi)徑d與平均流(liú)速n的乘積。E正(zheng)比于磁通密(mi)度B，測量管内(nei)徑d與平均流(liú)速n的乘積。E（流(liú)量信号）由電(dian)極檢出并通(tōng)過電纜送至(zhì)轉換器。轉換(huàn)器将流量信(xìn)号放大處理(li)後，可顯示流(liú)體流量，并能(néng)♉輸出脈沖，模(mo)拟電流等信(xin)号，用于流🏃🏻量(liàng)的控制和調(diào)節。結合式（１）￣（３）可(ke)以推導出流(liu)量㊙️計算式（4）
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式(shì)中：κ爲儀表常(chang)數；E爲電極間(jiān)信号電壓（V）；B爲(wèi)磁通密度（T）；D爲(wei)測量管内徑(jing)（m）；n爲平均流速(sù)（m/s）；S爲測量導管(guan)的橫截面積(ji)（m2）。
５結語
　　采用三(san)維可視化技(jì)術，以電磁流(liu)量計爲研究(jiu)對象開發的(de)電磁流量計(jì)三維仿真系(xì)統解決了自(zì)動檢✉️測與轉(zhuǎn)換技術㊙️課程(cheng)教學😄中隻聽(tīng)原理不見實(shí)物，攜帶實物(wu)不便和現場(chang)拆解耽誤時(shí)間影響教學(xue)。系統具有畫(huà)面逼真。聲音(yin)清晰和使用(yòng)簡便的優點(diǎn)，能夠㊙️快速掌(zhǎng)握電磁流量(liang)計結構原理(lǐ)。

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