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(wai)加磁場時産生(shēng)電動勢來測量(liang)導電流體的流(liu)量。電磁流量計(ji)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(you)點，因此在工業(ye)領域應用廣📞泛(fan)。
　　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(chuan)感器體積笨重(zhòng)，想讓學生親眼(yan)看到内👉部結構(gòu)但現場拆解耽(dan)👣誤時間影響教(jiāo)學，導緻了學生(sheng)隻聽原理🙇🏻不見(jian)實物造成學習(xí)興趣差效率低(dī)的現象發生。當(dang)前課⛹🏻‍♀️堂講解的(de)方式主要有兩(liǎng)種：（１）教師口述；（２）Ｆｌａｓｈ動(dong)🌂畫演示并結合(hé)講解。口述相對(dui)抽象，印象不深(shēn)刻，記憶效果差(chà)。動畫演示🏃‍♀️，便于(yu)理解原理，但和(he)實際偏差大。
　　針(zhēn)對上述問題，通(tōng)過采用三維可(ke)視化技術，以電(diàn)磁🛀流量計👣爲研(yan)🔴究對象，設計了(le)畫面逼真、聲音(yin)清晰和使用簡(jian)便的電磁流量(liang)計三維仿真系(xì)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(fāng)便，角色動畫制(zhi)作能♌力強和建(jiàn)模步驟可堆疊(die)的優點，因此選(xuǎn)擇３ＤｓＭａｘ作爲建模工(gōng)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(bǎo)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(cùn)一緻；②保持模型(xíng)的基點與３ＤＭａｘ場🈲景(jǐng)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(néng)減少🐆面數，以♉減(jian)少計算數據量(liang)。
1.2視頻編輯軟件(jiàn)
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款專業非(fei)線性視頻編輯(ji)軟件，操作簡便(bian)，特技衆多，廣泛(fan)用✨于廣告制作(zuò)、影視剪輯和動(dòng)畫制作等領域(yu)，具有良好的兼(jian)容性⭕，可以和Ａｄｏｂｅ推(tui)出的其他軟件(jiàn)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(zhang)鏡頭，切換鏡頭(tou)間隔１５ｓ左右；④注意(yì)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(jian)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(miàn)和試驗🏃🏻‍♂️台背景(jing)等因素，需要利(li)🛀🏻用“仿制圖章”工(gōng)具進行修複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是(shi)🆚一款專業的圖(tú)像處理軟件，功(gong)能強大，廣泛應(yīng)用于平面設計(jì)、廣告制作、網頁(yè)制作和處理三(sān)🐕維貼圖等領域(yù)。
２系統總體設計(ji)
　　維仿真系統由(yóu)模型制作和動(dong)畫合成兩部分(fen)組成。模型制作(zuo)🏃‍♂️包括建模、材質(zhi)貼圖、燈光攝影(yǐng)機、關鍵幀🌐動畫(huà)和渲染。動畫合(hé)成包括腳本和(he)字幕。系統設計(jì)流程如💘圖１所示(shì)。
（１）模型制作。①建模(mo)是三維可視化(hua)的第一步，模型(xing)的好壞直接影(ying)響最終的表現(xian)效果。常用的建(jiàn)模方法有多邊(bian)形建模、ＮＵＲＢＳ建🔞模、複(fu)🔞合對象建模和(hé)網格建模等。多(duō)邊形建模是将(jiang)對象轉👣化成可(kě)編輯的多邊形(xíng)通過對該多邊(biān)形對象的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻多個(ge)子對象進行編(biān)✉️輯和修改☁️來實(shi)現。ＮＵＫＢＳ建模，也稱曲(qu)線建模，在制作(zuò)樣條線時可使(shǐ)用ＮＵＲＢＳ曲線，通過Ｌａｔｈｅ（車(che)⁉️削）等修改器生(shēng)成

　　基于ＮＵＲＢＳ曲線的(de)３Ｄ曲面７。網格建模(mo)法采用“網格修(xiu)改器”在頂✨點、邊(bian)、面✂️三🐉種子對象(xiang)層級上編輯物(wù)體。在建模的過(guo)程中，往往針對(dui)同一個對象根(gēn)據實際操作的(de)需要采用多種(zhong)建模方法🏒來創(chuàng)建🈚模型。模型能(néng)夠表現物體的(de)外觀，但不能🌂展(zhǎn)示物體的表面(miàn)效果。②材質和貼(tie)圖能夠表現物(wu)體的表面紋理(lǐ)。常見的貼圖方(fāng)法有位圖貼圖(tú)、噪波貼圖和棋(qí)盤格貼圖等。實(shi)際的貼圖之後(hou)還需要對圖片(pian)的參數進行設(shè)置，同時需要用(yong)到ＵＶＷ貼圖坐标修(xiu)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(zhen)。場🌍景攝🛀影機提(ti)供用戶自定義(yì)視角，通過攝影(yǐng)機來全方位的(de)觀察對象。④關鍵(jiàn)幀動畫。３丨）ｓＭａｘ中的(de)動畫主要有關(guān)鍵幀動両、運動(dong)學、粒子動畫和(he)ｒｅａｃｔｏｒ動力學４種類型(xing)，關鍵幀🈲動＿是最(zuì)基本的動畫類(lei)型。⑤渲染是将三(san)⚽維場景轉化爲(wei)二維圖像來對(duì)場景中的各種(zhǒng)效果進行輸出(chu)☁️。
（２）動畫合成。①編寫(xiě)文字腳本，然後(hòu)采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作(zuò)音頻。②字幕是将(jiang)語音内容以文(wén)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(mó)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(dōu)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(xian)結果是否準确(què)。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(yuán)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(qi)面闆裏設置高(gāo)度、半徑，然後圖(tú)形中選擇樣條(tiáo)線找到多邊形(xíng)，設置多邊形的(de)邊數爲６，半徑大(dà)于圓柱的半徑(jìng)，将多邊形轉化(huà)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(wei)封口類型勾選(xuǎn)始端末端變形(xing)，輸出勾選網格(ge)。将平面六邊行(háng)轉化爲可編輯(jí)的網格，在修改(gǎi)器列表中選擇(zé)選擇面擠出。将(jiang)做好的六面體(ti)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(wèi)置，然後在命令(ling)面闆中樣條線(xiàn)菜單下選擇螺(luo)旋線色設置半(bàn)徑１和半徑２的大(dà)小、螺旋線的高(gao)度、圈數和偏移(yi)量，做好後将其(qi)繞在圓柱的周(zhou)圍代表螺栓的(de)螺紋。最後将圓(yuan)柱體、六邊體和(hé)螺旋線打成組(zǔ)命名爲螺栓，其(qí)餘的四個相同(tong)的螺栓直接通(tōng)過複制粘貼即(ji)可。制作好的電(dian)磁流量計外殼(ké)模型如圖２所示(shi)。
　　現場(chang)拍攝的銘牌照(zhao)片受限于拍攝(she)角度和環境摻(chan)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(jin)行修複，然後在(zai)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(wán)成後保存💔爲JPG格(ge)式以🐕備貼圖。處(chù)理前後的圖像(xiang)對比⛹🏻‍♀️圖見圖３。貼(tiē)圖，首先将對像(xiang)✔️轉化爲可編輯(jí)的多邊形，選擇(ze)可編輯❓多邊形(xíng)狀态下選🐉擇編(bian)輯層級爲多邊(biān)形，然後選定貼(tiē)圖✂️的面，在修改(gǎi)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(bu)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(hé)🌐貼圖的大小。

　　燈光可以照(zhao)亮場景，使場景(jǐng)中的對象産生(shēng)陰影。爲了使表(biǎo)難效果更加真(zhen)實，需要給場景(jǐng)添加燈光。使用(yong)攝影棚機優點(diǎn)是可以擺放在(zai)場景中任意位(wèi)置，給用戶提供(gong)自定義的視角(jiǎo)。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(tou)視窗口下創建(jiàn)一架“自由攝像(xiàng)機”。
　　關鍵喊動畫(hua)就是指制作出(chū)幾個關鍵時間(jian)短的場景，然後(hòu)中間的動畫由(you)計算機來完成(chéng)。在制作電磁流(liú)量計三維動畫(huà)的過程中，要注(zhù)意物體和攝像(xiàng)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(zài)３ＤｓＭａｘ中完成的場景(jing)稱爲工程文件(jian)，隻有對場景進(jin)行渲染，才能将(jiāng)材質、燈光及特(te)效表現出來。“默(mò)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(chǎng)景渲染成一系(xi)列的水平線，因(yīn)此選擇掃描線(xian)渲染器。在渲🐕染(ran)器輸出設置對(dui)話框中，公用選(xuǎn)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(xuàn)染器選項框下(xia)勾選貼圖、陰影(ying)和自📐動反射／折(she)射和鏡📧像選項(xiàng)，過濾器選🐇Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項(xiàng)ｎｉ］。實物和渲染出(chū)的三維模型如(ru)🐇圖４所示。
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３．２動畫合成
　　腳本(běn)制作。首先搜集(ji)電磁流量計資(zi)料，獲取電磁流(liu)量計的結🥰構、特(tè)點和原理等信(xin)息，制作文字腳(jiǎo)本。然後采用軟(ruan)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文字腳本(ben)轉化爲音頻腳(jiao)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(ju)提供了創建清(qing)晰生動文字所(suo)需要的各種功(gong)能，使用“字幕屬(shǔ)性”面闆可以修(xiu)改字幕的大小(xiǎo)、字體，并且可以(yi)爲文字創建陰(yīn)影和浮雕效果(guo)。本文使用的小(xiao)标題❄️的文字樣(yàng)式選擇黑體，字(zi)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(san)維仿真系統視(shì)頻播放組合。
⑴結(jie)構。電磁流量計(jì)由轉換器、表體(tǐ)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(wei)電路、數❌據顯✊不(bú)模塊等構成🐉；表(biǎo)體和連接杆由(yóu)轉換器外殼、支(zhi)架連接杆、轉換(huan)器安全螺栓、表(biǎo)體機械結構等(děng)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(jué)緣材料的非導(dǎo)磁合金短管，兩(liǎng)隻電極沿管🌐徑(jing)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(ji)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(dòng)勢瓦，其方向垂(chui)直于磁場和流(liu)體的方向。E正比(bǐ)于磁通量密度(dù)B測☔量管内徑🌍d與(yu)平均流速n的乘(chéng)積。E正比于磁通(tong)密度B，測量管🐇内(nei)徑d與平均流速(sù)n的乘積。E（流量信(xìn)号）由電極檢出(chu)并通過電纜送(song)至轉換器。轉換(huàn)器将流💜量信号(hào)放大處理後，可(kě)顯♻️示流體流量(liang)，并能輸出脈沖(chòng)，模拟電流等信(xìn)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(xìn)号電壓（V）；B爲磁通(tōng)密度（T）；D爲☔測量管(guan)内🔱徑（m）；n爲平均流(liu)速（m/s）；S爲測量導管(guǎn)的橫截面積（m2）。
５結(jié)語
　　采用三維可(kě)視化技術，以電(dian)磁流量計爲研(yán)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(tīng)原理不見實物(wù)，攜帶實物不便(bian)和現場拆解耽(dan)誤時間影響教(jiao)學。系統具有畫(huà)面逼真。聲音清(qing)晰和使用簡便(biàn)的優點，能夠👉快(kuài)速掌握電磁流(liú)量計結㊙️構原理(li)。

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