0 引(yin)言
　　電磁流(liu)量計 基于(yu)電磁感應(ying)原理，利用(yong)導電流體(ti)經過電磁(ci)外加磁場(chang)時産生電(dian)動勢來測(ce)量導電流(liu)體的流量(liang)。電磁流量(liang)計是一種(zhong)常見⚽的檢(jian)🧡測流量的(de)傳感器，具(ju)有成本低(di)、測✊量範圍(wei)⛹🏻‍♀️大和精度(du)高等優點(dian)，因此在工(gong)業領域應(ying)用廣泛。
　　自(zi)動檢測與(yu)轉換技術(shu)課ｆｅ專業頭(tou)踐性強，因(yin)此在教學(xue)過程中要(yao)求理論與(yu)實踐結合(he)。課堂教學(xue)教師想攜(xie)帶實物⚽但(dan)礙🎯于傳感(gan)器體積笨(ben)重，想讓學(xue)生親眼看(kan)到内部結(jie)構💚但現場(chang)拆解耽💜誤(wu)時間影響(xiang)教學，導緻(zhi)了學生隻(zhi)聽原理不(bu)見實物造(zao)成學習☁️興(xing)趣差效率(lü)低的現象(xiang)發生。當前(qian)課堂講解(jie)的方式主(zhu)要有兩種(zhong)：（１）教師口述(shu)；（２）Ｆｌａｓｈ動畫演示(shi)并結合講(jiang)解。口述相(xiang)對抽象，印(yin)象不深刻(ke)，記憶效果(guo)差。動畫演(yan)示，便于理(li)解原理📱，但(dan)和實際偏(pian)差大。
　　針對(dui)上述問題(ti)，通過采用(yong)三維可視(shi)化技術，以(yi)電磁🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流量(liang)計🌈爲研究(jiu)對象，設計(ji)了畫面逼(bi)真、聲音清(qing)晰和使用(yong)簡便的電(dian)磁流量計(ji)三維仿真(zhen)系統。
１系統(tong)開發軟件(jian)
1.1建模軟件(jian)
　　３ＤＳＭａｘ具有對ＰＣ配(pei)置要求低(di)，安裝插件(jian)方便，角色(se)動畫制作(zuo)能力👈強和(he)建模步驟(zhou)可堆疊的(de)優點，因此(ci)選擇３ＤｓＭａｘ作爲(wei)☔建模工具(ju)。建模是三(san)維可視的(de)第一步，模(mo)型的好壞(huai)📱直接影響(xiang)最終的表(biao)現效果。爲(wei)保證模型(xing)的精度和(he)正确率，在(zai)建模時應(ying)🌐注意：①保持(chi)模型的尺(chi)寸應與電(dian)磁流量計(ji)的實際尺(chi)寸一緻；②保(bao)持模型的(de)基點與３ＤＭａｘ場(chang)景中的中(zhong)心一緻；③模(mo)型應抓住(zhu)🍓電磁流量(liang)計的主體(ti)👌輪廓，盡可(ke)能減少⭐面(mian)數，以減少(shao)計算數據(ju)量。
1.2視頻編(bian)輯軟件
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是(shi)一款專業(ye)非線性視(shi)頻編輯軟(ruan)件，操作簡(jian)便，特技衆(zhong)多，廣泛用(yong)于廣告制(zhi)作、影視剪(jian)輯和動畫(hua)制作等❗領(ling)域，具有良(liang)好的兼🈚容(rong)性，可以和(he)Ａｄｏｂｅ推出的其(qi)他軟件配(pei)合使用［３］。爲(wei)保證視頻(pin)編輯質量(liang)，在編輯時(shi)應注意：①選(xuan)擇合适🌐的(de)編輯軟件(jian)；②盡量搜集(ji)足夠的素(su)材；③少使用(yong)長鏡頭，切(qie)換鏡頭間(jian)隔🐉１５ｓ左右；④注(zhu)意保存的(de)尺寸和🔱格(ge)式。
１．３輔助軟(ruan)件
　　模型制(zhi)作需要貼(tie)圖，圖片來(lai)源于現場(chang)拍攝，但是(shi)受限于時(shi)間和光照(zhao)等因素的(de)影響，在貼(tie)圖之前需(xu)要對閣像(xiang)進行光照(zhao)、色度調整(zheng)，同時取景(jing)時摻雜地(di)面和試驗(yan)台背景等(deng)因素，需要(yao)利用“仿制(zhi)🔞圖章”工具(ju)進行修複(fu)。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是一款專(zhuan)業的圖像(xiang)處理軟件(jian)，功能強大(da)，廣📱泛應用(yong)于平面設(she)計、廣告✂️制(zhi)作、網頁制(zhi)作和處理(li)三❄️維貼圖(tu)等領域。
２系(xi)統總體設(she)計
　　維仿真(zhen)系統由模(mo)型制作和(he)動畫合成(cheng)兩部分組(zu)成。模🔴型制(zhi)作包括建(jian)模、材質貼(tie)圖、燈光攝(she)影機、關鍵(jian)幀動畫和(he)渲💜染。動畫(hua)合成包括(kuo)腳本和字(zi)幕。系統設(she)計流程如(ru)✔️圖１所示。
（１）模(mo)型制作。①建(jian)模是三維(wei)可視化的(de)第一步，模(mo)型的好✔️壞(huai)⁉️直接影響(xiang)㊙️最終的表(biao)現效果。常(chang)用的建模(mo)方法有♻️多(duo)邊形建模(mo)、ＮＵＲＢＳ建模、複合(he)對象建模(mo)和網格建(jian)模等。多邊(bian)形建模是(shi)将🛀對象轉(zhuan)化成可編(bian)輯的多邊(bian)形通過🛀🏻對(dui)該多邊形(xing)對象的多(duo)個子對象(xiang)進行編輯(ji)和修改來(lai)實現。ＮＵＫＢＳ建模(mo)，也稱曲線(xian)建模，在制(zhi)作樣條線(xian)時可使💚用(yong)ＮＵＲＢＳ曲線，通過(guo)Ｌａｔｈｅ（車削）等修(xiu)改器生🏃‍♂️成(cheng)

　　基于ＮＵＲＢＳ曲線(xian)的３Ｄ曲面７。網(wang)格建模法(fa)采用“網格(ge)修改器”在(zai)頂點、邊、面(mian)三種子對(dui)象層級上(shang)編輯物體(ti)。在建模的(de)過程中，往(wang)往針㊙️對同(tong)一個對象(xiang)根據實際(ji)操作的需(xu)要采用⭐多(duo)種建模方(fang)法來創建(jian)模型。模型(xing)能夠表現(xian)物體的外(wai)🛀🏻觀，但不能(neng)展示物體(ti)的表面效(xiao)果。②材質和(he)🐅貼圖能夠(gou)表現物體(ti)的表面紋(wen)理。常見的(de)貼圖方法(fa)有位圖貼(tie)圖💋、噪波貼(tie)圖和棋盤(pan)🐉格貼圖等(deng)。實際的貼(tie)圖之後還(hai)需要對圖(tu)片的💃🏻參數(shu)進行設置(zhi)，同時需要(yao)用📞到ＵＶＷ貼圖(tu)坐标修改(gai)器修改貼(tie)圖的位🌈置(zhi)和形态等(deng)。③燈光可以(yi)烘托場景(jing)氣氛，使場(chang)景更加逼(bi)真。場景攝(she)✔️影機提供(gong)用戶自👉定(ding)義視角，通(tong)過攝影機(ji)來全方位(wei)☀️的觀察對(dui)象。④關鍵幀(zhen)動畫。３丨）ｓＭａｘ中(zhong)的動畫主(zhu)要有關鍵(jian)☀️幀動両、運(yun)動學、粒子(zi)動畫和ｒｅａｃｔｏｒ動(dong)力學４種類(lei)型，關鍵幀(zhen)動＿是最基(ji)本的動畫(hua)類型。⑤渲染(ran)是将三維(wei)場景轉化(hua)爲二維圖(tu)像來🏒對場(chang)景中的各(ge)種效果進(jin)行輸出。
（２）動(dong)畫合成。①編(bian)寫文字腳(jiao)本，然後采(cai)用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制(zhi)作音頻🈲。②字(zi)🎯幕是将🔞語(yu)音内容以(yi)文字的形(xing)式顯示，幫(bang)助觀衆理(li)解内容。
３系(xi)統開發過(guo)程
３．１模型制(zhi)作
　　模型制(zhi)作。建模是(shi)模型制作(zuo)第一個環(huan)節，三維場(chang)景中所有(you)要表現的(de)内容都要(yao)靠模型來(lai)體現，模型(xing)的精确與(yu)否直接影(ying)響到最終(zhong)的表現結(jie)果是否準(zhun)确。在建模(mo)之前要先(xian)分析建模(mo)對象，電磁(ci)流量計外(wai)殼主要由(you)圓柱和長(zhang)方體構成(cheng)，采用多邊(bian)形建模法(fa)較好。以螺(luo)栓模型爲(wei)例，首先創(chuang)建一個圓(yuan)柱在修改(gai)器面闆裏(li)設置高度(du)、半徑，然後(hou)圖形中選(xuan)擇樣條線(xian)找到多邊(bian)形，設置多(duo)邊形的邊(bian)數爲６，半徑(jing)大于圓柱(zhu)的半徑，将(jiang)多邊形轉(zhuan)化爲可編(bian)輯的多邊(bian)形，在修改(gai)器列表中(zhong)找到擠出(chu)設置參數(shu)爲封口類(lei)型勾選始(shi)端末端變(bian)形，輸出勾(gou)選網格。将(jiang)平面六邊(bian)行轉化爲(wei)可編輯的(de)網格，在修(xiu)改器列表(biao)中選擇選(xuan)擇面擠出(chu)。将做好的(de)六面體與(yu)圓柱進行(hang)在XY軸平面(mian)内對齊，在(zai)左視圖中(zhong)調整六面(mian)體和圓柱(zhu)上表面的(de)位置，然後(hou)在命令面(mian)闆中樣條(tiao)線菜單下(xia)選擇螺旋(xuan)線色設置(zhi)半徑１和半(ban)徑２的大小(xiao)、螺旋線的(de)高度、圈數(shu)和偏移量(liang)，做好後将(jiang)其繞在圓(yuan)柱的周圍(wei)代表螺栓(shuan)的螺紋。最(zui)後将圓柱(zhu)體、六邊體(ti)和螺旋線(xian)打成組命(ming)名爲螺栓(shuan)，其餘的四(si)個相同的(de)螺栓直接(jie)通過複制(zhi)粘貼即可(ke)。制作好的(de)電磁流量(liang)計外殼模(mo)型如圖２所(suo)示。
　　現(xian)場拍攝的(de)銘牌照片(pian)受限于拍(pai)攝角度和(he)環境摻雜(za)實驗台和(he)健，麵之前(qian)雜雜進行(hang)賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中(zhong)的裁剪工(gong)具和仿制(zhi)圖🌂章工具(ju)進行修複(fu)，然後在命(ming)令闆中調(diao)整圖像的(de)亮度/對比(bi)度、色階和(he)色彩平衡(heng)，出禮完成(cheng)後保存㊙️爲(wei)JPG格式以備(bei)貼圖。處理(li)前後的圖(tu)像對比⛹🏻‍♀️圖(tu)見圖３。貼圖(tu)，首先将對(dui)像☁️轉化爲(wei)可編輯的(de)多邊形，選(xuan)擇可編輯(ji)多邊形狀(zhuang)态下選擇(ze)編輯層級(ji)爲㊙️多邊形(xing)，然後選定(ding)貼圖的面(mian)，在修改器(qi)卷展欄下(xia)選擇UV坐🌈标(biao)最後選擇(ze)UVW貼圖。打😍開(kai)材質編輯(ji)器找到貼(tie)圖将貼圖(tu)賦予材質(zhi)球，然後将(jiang)材質球指(zhi)定給選定(ding)對💚象。初步(bu)貼圖後是(shi)不精🧑🏽‍🤝‍🧑🏻确的(de)，此時需要(yao)使用UVW貼圖(tu)坐标修改(gai)器修改貼(tie)🔞圖的位置(zhi)和貼圖的(de)大小。

　　燈光可以(yi)照亮場景(jing)，使場景中(zhong)的對象産(chan)生陰影。爲(wei)了使表難(nan)效🌐果更加(jia)真實，需要(yao)給場景添(tian)加燈光。使(shi)用攝影棚(peng)機優點是(shi)可以擺放(fang)在場景中(zhong)任意位置(zhi)🌈，給用戶提(ti)供自定義(yi)的視角。在(zai)制作關鍵(jian)頓動畫時(shi)，采用目标(biao)攝像機由(you)遠及近來(lai)觀察電磁(ci)流量計。爲(wei)😍了全方位(wei)的🔞觀察電(dian)磁流量計(ji)的外觀⚽，需(xu)要在透視(shi)窗口下創(chuang)建一架“自(zi)由攝像機(ji)”。
　　關鍵喊動(dong)畫就是指(zhi)制作出幾(ji)個關鍵時(shi)間短的場(chang)景，然後中(zhong)間的動畫(hua)由計算機(ji)來完成。在(zai)制作電磁(ci)流量計三(san)維動😍畫的(de)過程♈中，要(yao)注意物體(ti)和攝像機(ji)🤞不能同時(shi)移動💞，否則(ze)輸出的序(xu)列幀中會(hui)産生“抖動(dong)”現象。
　　在３ＤｓＭａｘ中(zhong)完成的場(chang)景稱爲工(gong)程文件，隻(zhi)有對場景(jing)進行🚶‍♀️渲染(ran)♊，才能将🔴材(cai)質、燈光及(ji)特效表現(xian)出來。“默認(ren)掃描線渲(xuan)染器”是３ＤＳＭａｘ最(zui)基本的渲(xuan)📱染器，渲染(ran)速度快，可(ke)以将場景(jing)渲染成一(yi)系列的水(shui)平線，因此(ci)選擇掃描(miao)線渲染器(qi)。在渲染器(qi)輸出設置(zhi)對話框中(zhong)，公用選項(xiang)欄勾㊙️選設(she)置渲染幀(zhen)的範圍，幀(zhen)的編号，渲(xuan)染區域選(xuan)擇視圖，輸(shu)出大小爲(wei)１２８０ｘ９６０。在默認掃(sao)描線渲染(ran)器選項框(kuang)下勾選貼(tie)圖、陰影和(he)自動反射(she)／折射和鏡(jing)像選項，過(guo)濾器選🌈Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選(xuan)項ｎｉ］。實物和(he)渲染🚩出的(de)三維模型(xing)如🈲圖４所示(shi)。

３．２動(dong)畫合成
　　腳(jiao)本制作。首(shou)先搜集電(dian)磁流量計(ji)資料，獲取(qu)電磁流量(liang)計的結構(gou)、特點和原(yuan)理等信息(xi)，制作文字(zi)腳本。然後(hou)采用軟件(jian)ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文字腳(jiao)本轉化爲(wei)音頻腳本(ben)，ＷＡＶ音效好接(jie)近無損音(yin)樂格式，将(jiang)音頻保存(cun)爲ＷＡＶ格式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文(wen)字工具提(ti)供了創建(jian)清晰生動(dong)文字所需(xu)要的各種(zhong)功能，使用(yong)“字幕屬性(xing)”面闆可以(yi)修改字幕(mu)的大小、字(zi)體，并且可(ke)以爲文字(zi)創建陰影(ying)和浮雕效(xiao)果。本文使(shi)用的小标(biao)題的文字(zi)樣式選擇(ze)黑體，字号(hao)爲３６點，屏下(xia)方自動👅樣(yang)式選擇黑(hei)體，字号爲(wei)33點。
４系統實(shi)現
圖5爲電(dian)磁流量計(ji)三維仿真(zhen)系統視頻(pin)播放組合(he)。
⑴結構。電磁(ci)流量計由(you)轉換器、表(biao)體和連接(jie)杆等構成(cheng)。轉⛱️換🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器由(you)電極、傳感(gan)器、信号放(fang)大電路、外(wai)圍電路、數(shu)據顯不模(mo)塊等構成(cheng)；表體🔞和連(lian)接杆由轉(zhuan)換器外殼(ke)✍️、支架連🔞接(jie)杆、轉換器(qi)安⛹🏻‍♀️全螺栓(shuan)、表體機械(xie)結構等組(zu)🏒成。流量計(ji)㊙️的測量管(guan)⭐是一種裝(zhuang)有一對測(ce)量電極的(de)内襯絕緣(yuan)材料的非(fei)導磁合金(jin)短管，兩🏃‍♀️隻(zhi)電極沿管(guan)徑方向穿(chuan)過管💋壁固(gu)定在測量(liang)管上。其電(dian)極頭與襯(chen)裏内表面(mian)基本齊平(ping)。
（2）測量。由兩(liang)方波脈沖(chong)勵磁時，将(jiang)在測量管(guan)軸線垂直(zhi)的🏃‍♂️方向上(shang)産☁️生一磁(ci)通量密度(du)爲B的工作(zuo)磁場。當導(dao)電流體平(ping)均流速n（m/s）通(tong)過測量管(guan)，将切割磁(ci)力線感應(ying)出電動勢(shi)瓦，其方向(xiang)垂✌️直于磁(ci)場和流體(ti)的方向。E正(zheng)⭐比于磁通(tong)量密度B測(ce)量管内徑(jing)d與平均流(liu)速n的乘積(ji)。E正比于磁(ci)通密度B，測(ce)量管内徑(jing)d與平均流(liu)速n的乘積(ji)💃🏻。E（流量信号(hao)）由電極檢(jian)出并通過(guo)電纜送至(zhi)轉換器。轉(zhuan)換器将流(liu)⛷️量信号放(fang)大處🍓理後(hou)，可顯示流(liu)體流量，并(bing)能輸出脈(mo)沖，模拟電(dian)流等信号(hao)，用于流量(liang)的控制和(he)調節。結合(he)式（１）￣（３）可以推(tui)導出流量(liang)💛計算式（4）
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式(shi)中：κ爲儀表(biao)常數；E爲電(dian)極間信号(hao)電壓（V）；B爲磁(ci)通密度（T）；D爲(wei)🌍測量管内(nei)🔞徑（m）；n爲平均(jun)流速（m/s）；S爲測(ce)量導管的(de)橫截面積(ji)（m2）。
５結語
　　采用(yong)三維可視(shi)化技術，以(yi)電磁流量(liang)計爲研究(jiu)對象開發(fa)的電👅磁👈流(liu)量計三維(wei)仿真系統(tong)解決了自(zi)動檢測與(yu)轉換☔技術(shu)課程教學(xue)中隻聽原(yuan)理不見實(shi)物，攜❄️帶實(shi)物不便和(he)🔱現場拆解(jie)耽誤時間(jian)影響教學(xue)。系統具有(you)畫面逼真(zhen)。聲音清晰(xi)和使用簡(jian)便的優點(dian)，能夠快速(su)掌握電磁(ci)流量計結(jie)構原理。

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