0 引言(yán)
　　電磁流量計 基(jī)于電磁感應原(yuán)理，利用導電流(liú)體經過電磁外(wài)加磁🌐場時産生(shēng)電動勢來測量(liàng)導電流體的流(liú)量。電磁流量計(jì)是🏃🏻‍♂️一種常見的(de)檢測流量的傳(chuán)感器，具有成本(běn)低、測量範圍大(da)和精㊙️度高等⛱️優(yōu)點，因此在工業(yè)領域應用廣泛(fàn)。
　　自動檢測與轉(zhuǎn)換技術課ｆｅ專業(yè)頭踐性強，因此(cǐ)在教學過程✔️中(zhong)要✂️求理論與實(shí)踐結合。課堂教(jiāo)學教師想攜帶(dài)🈲實物但礙于傳(chuán)感器體積笨重(zhòng)，想讓學生親眼(yǎn)看到内部結構(gòu)但現場⭕拆解耽(dān)誤時間影響教(jiāo)學，導緻了學生(shēng)隻聽原理不見(jian)實物💃造成學習(xi)興趣差效♍率低(di)的現象發生。當(dang)前課堂講解的(de)方式主要有兩(liang)種：（１）教師口述；（２）Ｆｌａｓｈ動(dong)畫演示并結合(he)講解。口述相對(dui)抽象，印象不深(shēn)🆚刻，記憶效果差(cha)🤟。動畫演示，便于(yú)理解原理，但和(hé)實際偏差大。
　　針(zhēn)對上述問題，通(tong)過采用三維可(kě)視化技術，以電(dian)磁流♉量計🌈爲研(yán)究對象，設計了(le)畫面逼真、聲音(yin)清晰和⭐使用簡(jiǎn)便的電磁流量(liàng)計三維仿真系(xi)統。
１系統開發軟(ruǎn)件
1.1建模軟件
　　３ＤＳＭａｘ具(jù)有對ＰＣ配置要求(qiú)低，安裝插件方(fang)便，角色動畫制(zhi)作💘能力強和♊建(jian)模步驟可堆疊(die)的優點，因此選(xuan)擇３ＤｓＭａｘ作爲建模工(gong)具。建模是三維(wei)可視的第一步(bu)，模型的好壞直(zhi)接影響最終的(de)表現效果。爲㊙️保(bao)證模型的精度(du)和正确率，在建(jian)模時應⭐注意：①保(bao)持模型的尺寸(cun)應與電👨‍❤️‍👨磁流量(liang)計的實際尺寸(cun)一緻；②保持模型(xíng)㊙️的基點與３ＤＭａｘ場景(jing)中的中心一緻(zhi)；③模型應抓住電(dian)磁流量計的主(zhǔ)體輪廓，盡可能(neng)減少面數，以🔱減(jiǎn)少計算數據量(liàng)。
1.2視頻編輯軟件(jian)
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款專業非(fei)線性視頻編輯(ji)軟件，操作簡便(biàn)，特技衆💁多，廣泛(fàn)用于廣告制作(zuo)、影視剪輯和動(dong)畫制作等領域(yù)🥰，具有良好的兼(jiān)容性，可以和Ａｄｏｂｅ推(tui)出的其他軟件(jian)配合使用［３］。爲保(bǎo)證視頻編輯質(zhi)量，在編輯時應(yīng)注意：①選擇合适(shi)的編輯軟件；②盡(jìn)量搜集足夠的(de)素材；③少使用長(zhǎng)鏡頭，切換鏡頭(tou)間隔１５ｓ左右；④注意(yi)保存的尺寸和(he)✔️格式。
１．３輔助軟件(jian)
　　模型制作需要(yào)貼圖，圖片來源(yuán)于現場拍攝，但(dan)是受限于時間(jiān)和光照等因素(sù)的影響，在貼圖(tú)之前需要對閣(ge)像進行光🐇照、色(se)度調整，同時取(qu)景時摻雜地面(mian)和試驗台背景(jing)等因素，需要利(lì)用“仿制圖章”工(gōng)具進行修複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是(shì)一款專業的圖(tú)像處理軟件，功(gong)能強大，廣泛應(ying)用于平💰面設計(ji)、廣告☎️制作、網頁(ye)制作和處理三(sān)🔞維貼圖等領域(yù)。
２系統總體設計(jì)
　　維仿真系統由(yóu)模型制作和動(dòng)畫合成兩部分(fèn)組成。模🌈型👅制作(zuò)包括建模、材質(zhi)貼圖、燈光攝影(ying)機、關鍵幀動畫(huà)✂️和渲染。動畫合(he)成包括腳本和(he)字幕。系統設計(jì)流程如💃圖１所示(shi)。
（１）模型制作。①建模(mó)是三維可視化(hua)的第一步，模型(xíng)的好🔴壞直接影(ying)響最終的表現(xian)效果。常用的建(jian)模方法有多邊(biān)形建模、ＮＵＲＢＳ建模、複(fú)合對象建模和(he)網格建模等。多(duo)邊形建模是将(jiāng)對象轉化成可(ke)編輯的多邊形(xing)通過對該多邊(bian)☀️形對象的🔴多個(gè)子對象進行編(bian)🌈輯和修改來實(shí)現。ＮＵＫＢＳ建模，也稱曲(qǔ)線建模，在制作(zuo)樣條線時可使(shǐ)用ＮＵＲＢＳ曲線，通過Ｌａｔｈｅ（車(chē)削）等修改器生(sheng)✌️成

　　基于ＮＵＲＢＳ曲線的(de)３Ｄ曲面７。網格建模(mo)法采用“網格修(xiū)改器”在頂點、邊(biān)🌈、面三種子對象(xiàng)層級上編輯物(wu)體。在建模的過(guò)程中，往往針對(duì)同一個對象根(gen)據實際操作的(de)需要采用多種(zhong)建模方法來創(chuang)建模型。模㊙️型能(néng)夠表現物體的(de)外觀，但不能展(zhan)示物體💋的表面(mian)效果。②材質和貼(tie)圖能夠表現物(wu)體的表面紋理(li)。常見的貼圖方(fang)法有位圖貼圖(tú)、噪波貼圖和棋(qí)盤格貼圖等。實(shí)際的貼圖之後(hou)還需要對圖片(pian)的參數進行設(she)置，同時需要用(yòng)到ＵＶＷ貼圖坐标修(xiū)改器修改貼圖(tu)的位🈲置和形态(tai)等。③燈光可以烘(hong)托場景氣氛，使(shǐ)場景更加逼真(zhēn)。場🤞景攝🈲影機提(ti)供用戶自定義(yi)視角，通過攝影(yǐng)機來全方位🔴的(de)觀察對象㊙️。④關鍵(jian)幀動畫。３丨）ｓＭａｘ中的(de)動畫主要有關(guan)鍵幀動両、運動(dòng)學、粒子動畫和(he)ｒｅａｃｔｏｒ動力⁉️學４種類型(xing)，關鍵幀動＿是最(zui)基㊙️本的動畫類(lei)型。⑤渲染是将三(sān)維場景轉化爲(wèi)二維圖像來對(dui)場景中的各種(zhong)效果進行輸出(chū)。
（２）動畫合成。①編寫(xiě)文字腳本，然後(hou)采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作(zuo)音頻。②字幕是🏃🏻将(jiang)💁語音内容以文(wen)字的形式顯示(shì)，幫助觀衆理解(jie)内容。
３系統開發(fā)過程
３．１模型制作(zuò)
　　模型制作。建模(mo)是模型制作第(di)一個環節，三維(wei)場景中所有要(yao)表現的内容都(dou)要靠模型來體(tǐ)現，模型的精确(què)與否直接影響(xiang)到最終的表現(xiàn)結果是否準确(que)。在建模之前要(yào)先分析建模對(dui)象，電磁流量計(jì)外殼主要由圓(yuan)柱和長方體構(gou)成，采用多邊形(xíng)建模法較好。以(yǐ)螺栓模型爲例(lì)，首先創建一個(gè)圓柱在修改器(qì)面闆裏設置高(gao)度、半徑，然後圖(tu)形中選擇樣條(tiáo)線找到多邊形(xing)，設置多邊形的(de)邊數爲６，半徑大(da)于圓柱的半徑(jing)，将多邊形轉化(hua)爲可編輯的多(duō)邊形，在修改器(qì)列表中找到擠(jǐ)出設置參數爲(wèi)封口類型勾選(xuan)始端末端變形(xíng)，輸出勾選網格(ge)。将平面六邊行(hang)轉化爲可編輯(jí)的網格，在修改(gǎi)器列表中選擇(ze)選擇面擠出。将(jiāng)做好的六面體(tǐ)與圓柱進行在(zai)XY軸平面内對齊(qi)，在左視圖中調(diao)整六面體和圓(yuán)柱上表面的位(wei)置，然後在命令(ling)面闆中樣條線(xian)菜單下選擇螺(luo)旋線色設置半(ban)徑１和半徑２的大(da)小、螺旋線的高(gao)度、圈數和偏移(yí)量，做好後将其(qi)繞在圓柱的周(zhōu)圍代表螺栓的(de)螺紋。最後将圓(yuán)柱體、六邊體和(he)螺旋線打成組(zǔ)命名爲螺栓，其(qi)餘的四個相同(tóng)的螺栓直接通(tong)過複制粘貼即(jí)可。制作好的電(dian)磁流量計外殼(ké)模型如圖２所示(shì)。
　　現場(chǎng)拍攝的銘牌照(zhào)片受限于拍攝(shè)角度和環境摻(chān)雜實驗台和健(jian)，麵之前雜雜進(jìn)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中的(de)裁剪工具🏃🏻‍♂️和仿(páng)制圖章工具進(jìn)行修複，然後在(zài)命令闆中調整(zheng)圖像的亮度/對(duì)比度、色階和色(sè)彩平衡，出禮完(wan)成後保存爲JPG格(ge)式以備貼圖。處(chu)理前後的圖像(xiàng)對比圖見圖３。貼(tiē)圖，首先将對像(xiàng)轉化爲可編🐉輯(jí)的多邊形，選擇(ze)可編輯多邊形(xing)狀态下選擇編(biān)輯層級爲多邊(biān)形，然後選定貼(tiē)圖的面，在修改(gai)器卷展欄下選(xuan)擇UV坐标最後選(xuan)擇UVW貼圖。打開材(cái)質編輯器找🐕到(dao)貼圖将貼圖賦(fù)予材質球，然後(hòu)将材質球指定(dìng)給選定對🌈象。初(chu)步貼圖後是不(bú)精确的，此時需(xū)要使用UVW貼🌈圖坐(zuo)标修改器修改(gǎi)貼圖的位置和(he)貼圖的大小。

　　燈光可以照(zhào)亮場景，使場景(jing)中的對象産生(sheng)陰影。爲了使表(biǎo)難效果更加真(zhen)實，需要給場景(jing)添加燈光。使用(yòng)攝影棚機優點(diǎn)是可以🚶‍♀️擺放在(zài)場景中任意位(wèi)置，給用戶提供(gong)自定義的視角(jiao)。在制作關鍵頓(dùn)動畫時，采用目(mu)标攝像機由遠(yuan)及近來觀察電(dian)磁流量計。爲了(le)全方位的🤩觀察(chá)電磁流量計的(de)外觀，需要在透(tòu)視🈲窗口下創建(jian)一架“自由攝像(xiàng)機”。
　　關鍵喊動畫(huà)就是指制作出(chū)幾個關鍵時間(jiān)短的場景，然後(hou)中間的動畫由(yóu)計算機來完成(chéng)。在制作電磁流(liu)量💃計三維動畫(hua)的過程中，要注(zhù)意物體和攝像(xiang)機不能同時移(yi)動，否則輸出的(de)序列幀中會産(chan)生“抖動”現象。
　　在(zai)３ＤｓＭａｘ中完成的場景(jǐng)稱爲工程文件(jian)，隻有對場景進(jin)行渲染❓，才能将(jiang)材質、燈光及特(te)效表現出來。“默(mo)認掃描線渲染(rǎn)器”是３ＤＳＭａｘ最基本的(de)渲染器，渲染速(sù)度快，可以将場(chang)景渲☂️染成一❄️系(xì)列的♊水平線💜，因(yīn)此選擇掃描線(xian)渲染器。在渲染(rǎn)器輸出🌈設置對(dui)話框中，公用💚選(xuan)項欄勾‼️選設置(zhì)渲染☁️幀的範圍(wei)，幀的編号，渲染(rǎn)區域選擇視圖(tu)，輸出大小爲１２８０ｘ９６０。在(zài)默認掃描線渲(xuan)染器選項框下(xia)勾選貼圖、陰影(yǐng)和自🥰動反射／折(she)射和鏡像選項(xiang)，過濾器選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項(xiang)ｎｉ］。實物和渲染🈲出(chu)的三維模型如(rú)🈲圖✌️４所示。
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３．２動畫合成
　　腳本(ben)制作。首先搜集(jí)電磁流量計資(zī)料，獲取電磁流(liú)量計的結構、特(te)點和原理等信(xin)息，制作文字腳(jiao)本。然後采用軟(ruan)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文字腳本(běn)轉化爲音頻腳(jiǎo)本，ＷＡＶ音效好接近(jìn)無損音樂格式(shi)，将音頻保存爲(wei)ＷＡＶ格💯式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文字工具(jù)提供了創建清(qīng)晰生動文字所(suǒ)需要的各種功(gōng)能，使用“字幕屬(shǔ)性”面闆可以修(xiu)改字幕的大小(xiao)、字體，并且可以(yi)爲文字創建陰(yin)影和浮雕效果(guo)。本文使用的小(xiao)标題的文字樣(yang)式選擇黑體⛷️，字(zì)号爲３６點，屏🥰下方(fāng)自動樣式選擇(ze)黑體，字号爲33點(dian)。
４系統實現
圖5爲(wei)電磁流量計三(sān)維仿真系統視(shi)頻播放組合。
⑴結(jie)構。電磁流量計(ji)由轉換器、表體(ti)和連接杆等構(gou)成。轉換器由電(dian)極、傳感器、信号(hào)放大電路、外圍(wéi)電路、數據顯不(bú)模📞塊等構成；表(biǎo)體和連接杆由(you)轉換器外殼、支(zhi)架連☔接杆、轉換(huan)器安全螺栓🙇‍♀️、表(biao)體機械結構等(deng)組✊成。流量計✊的(de)測量管是一種(zhǒng)裝有一對測👨‍❤️‍👨量(liang)電極的内襯絕(jue)緣材料的非導(dao)磁合金短管，兩(liǎng)隻電極沿管徑(jìng)方向穿過管壁(bi)固定在測量管(guan)上。其電極頭與(yu)襯裏内表面基(jī)本齊平。
（2）測量。由(yóu)兩方波脈沖勵(lì)磁時，将在測量(liàng)管軸線垂直的(de)方向上産生一(yī)磁通量密度爲(wei)B的工作磁場。當(dang)導電流體平均(jun)流速n（m/s）通🚩過測量(liang)管，将切割磁力(li)線感應出電動(dong)勢瓦，其方向垂(chuí)直于磁場和流(liu)☔體的方向。E正比(bi)于磁通量密度(dù)B測量管内徑⭐d與(yǔ)平均流速n的乘(cheng)積🐆。E正比于磁通(tōng)🙇🏻密度B，測量管内(nei)徑d與平均流速(sù)n的乘積。E（流量信(xin)号）由電極檢出(chu)并通過電纜送(song)至轉換器。轉⛱️換(huan)器将流量信号(hào)放大處🈚理後，可(ke)顯📞示流體流量(liàng)，并🔴能輸出脈沖(chòng)，模拟電🔅流等信(xin)号，用于流量的(de)控制和💰調節。結(jié)合式（１）￣（３）可以推導(dao)出流量計算式(shi)（4）
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式中：κ爲儀表常(cháng)數；E爲電極間信(xin)号電壓（V）；B爲磁通(tong)密度（T）；D爲測量管(guǎn)内徑（m）；n爲平均流(liú)速（m/s）；S爲測量導管(guǎn)的橫截面積（m2）。
５結(jie)語
　　采用三維可(kě)視化技術，以電(diàn)磁流量計爲研(yan)究對象💞開發的(de)電磁流量計三(sān)維仿真系統解(jie)決了自動檢測(ce)與轉換技術課(kè)程教學中隻聽(ting)原理不見實物(wù)，攜帶實物不便(biàn)和現場拆解耽(dān)誤👌時間影響教(jiāo)學。系統具有畫(hua)面逼真。聲音清(qing)晰和使用簡便(biàn)的優點，能夠快(kuai)速掌握電磁流(liú)量計結構原理(lǐ)。

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