固井多媒體教學(xué)的軟件開發(fā)

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摘要：目前大多數(shù)固井培訓(xùn)教材是以文字為主，比較抽象，難以理解，因此需要在計算機(jī)軟件編程基礎(chǔ)上開發(fā)一套固井多媒體教學(xué)軟件，使培訓(xùn)內(nèi)容更加真實(shí)與生動，讓廣大受訓(xùn)者易于接受，對于提高固井人員整體技術(shù)水平，提高固井質(zhì)量具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：固井多媒體；教學(xué)軟件；三維動畫

1研究意義及目的

隨著鉆井、固井技術(shù)的不斷進(jìn)步，對固井技術(shù)人員的綜合素質(zhì)要求也越來越高，對綜合型人才的需求越來越大。但是目前的培訓(xùn)教材大多是文字、幻燈片，比較抽象，不直觀，而且往往采用集中學(xué)習(xí)的培訓(xùn)方式，在生產(chǎn)任務(wù)繁重的時期有較大的局限性,不能完全滿足培訓(xùn)工作的需要，而且往往效果不好。因此開發(fā)一套集視頻、動畫、聲音講解為一體的固井多媒體教學(xué)軟件，集合鉆井地質(zhì)、固井設(shè)計、固井工藝、水泥及外加劑、固井設(shè)備及工具、儀表計量、固井質(zhì)量評價等方面的知識，通過仿真模擬使受培人能夠身臨其境，更加生動、逼真、易于接受，并且能夠避免因操作失誤而帶來的工程事故及人身安全。由于本教學(xué)軟件采用web方式，適用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，客戶不需要安裝任何軟件，就可進(jìn)行網(wǎng)上的學(xué)習(xí)、自檢考試，突破了時間和空間的限制，極大提高了培訓(xùn)的效率與質(zhì)量，對于企業(yè)人才隊伍建設(shè)，增強(qiáng)技術(shù)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)及應(yīng)急能力有著重要的意義。

2技術(shù)方案

固井多媒體教學(xué)軟件分為系統(tǒng)平臺建設(shè)和應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)2大部分，應(yīng)用系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容：鉆井地質(zhì)、固井設(shè)計、固井工藝、水泥及外加劑、固井設(shè)備及工具、儀表計量、固井質(zhì)量評價。2.1系統(tǒng)建模數(shù)學(xué)建模是系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)要建立的模型是對固井系統(tǒng)和固井系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行分析，然后建模。主要是針對這些設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行情況和工藝流程來進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。對于設(shè)備設(shè)施的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該對設(shè)備的工作過程能夠給出準(zhǔn)確的描述以及預(yù)測，基本要求如下所述：（1）輸入輸出要一一對應(yīng)：就是要準(zhǔn)確把設(shè)備的輸入輸出關(guān)系、進(jìn)行、關(guān)聯(lián)，滿足設(shè)備基本的工作原理的要求，并且反映設(shè)備工作的實(shí)際狀態(tài)。（2）必須反映與其他的子系統(tǒng)之間的聯(lián)系：設(shè)備與設(shè)備之間的聯(lián)系相似。按照數(shù)學(xué)建模的原則要求，把固井主要設(shè)備、工具分別建立模型。2.2圖形化建模系統(tǒng)本系統(tǒng)是核心開發(fā)引擎，模型控制負(fù)責(zé)對系統(tǒng)中的應(yīng)用算法進(jìn)行加載、解析、執(zhí)行、跟蹤、控制；系統(tǒng)引擎能夠獨(dú)立運(yùn)行，開發(fā)者可利用本系統(tǒng)建立目標(biāo)系統(tǒng)的計算機(jī)數(shù)學(xué)模型，基于開發(fā)的應(yīng)用依賴于運(yùn)行平臺進(jìn)行支撐運(yùn)行。2.3安全分析與培訓(xùn)支撐系統(tǒng)這種事故案例分析與培訓(xùn)項(xiàng)目通過“事故案例”及其組合定義，對操作人員進(jìn)行各種事故及組合事故分析、判斷和處理技能等的培訓(xùn)，提高操作人員的全面操作技能和安全生產(chǎn)的意識及對突發(fā)事故的分析判斷與操作能力。主要功能如下：（1）多級別培訓(xùn)和考核功能。系統(tǒng)可以組合出不同難易程度的培訓(xùn)和考核項(xiàng)目，大大拓寬了仿真系統(tǒng)的適用范圍和操作人員技能培訓(xùn)的水平空間跨度。（2）安全培訓(xùn)。系統(tǒng)可以在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中組合定義出若干事故或影響裝置運(yùn)行的“事故案例”。操作人員針對這些事故案例進(jìn)行培訓(xùn)。

3主要功能

本培訓(xùn)軟件通過應(yīng)用C語言、Html、JavaScript等程序編寫語言進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)站編制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上學(xué)習(xí)與培訓(xùn)形式，形成一個基于固井生產(chǎn)活動的有機(jī)的多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：一是通過三維建模及Flash制作實(shí)現(xiàn)三維教學(xué)仿真模型和場景；二是通過現(xiàn)場攝像機(jī)錄制后期剪輯實(shí)現(xiàn)固井現(xiàn)場情景的再現(xiàn)。（1）系統(tǒng)開發(fā)平臺的建立：根據(jù)軟、硬件發(fā)展的趨勢，服務(wù)器端操作系統(tǒng)平臺選用微軟的Windows2003Sever，采用集成InternetInformationSever6.0作為Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)信息和事物處理；選取SQLSever2005作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以保證數(shù)據(jù)庫的大容量和高安全性；動態(tài)與交互網(wǎng)頁用“動態(tài)服務(wù)器頁面”ASP.NET程序設(shè)計語言作為開發(fā)工具編程。固井技術(shù)人員及操作人員可以應(yīng)用計算機(jī)隨時隨地登陸網(wǎng)站進(jìn)行自學(xué)，培訓(xùn)形式靈活、實(shí)用。（2）三維、Flsh教學(xué)動畫演示：主要應(yīng)用于技術(shù)人員以及操作人員等的操作技能的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)與考核。建立固井設(shè)備、工具等虛擬仿真三維動畫，使受培訓(xùn)者在固井工程中運(yùn)用Flash互動動畫,則可以更具體、直觀地反映固井工藝流程的技術(shù)特點(diǎn)、難點(diǎn)等等。（3）教學(xué)視頻演示：由專業(yè)的攝影師與專業(yè)施工人員參照技術(shù)規(guī)范和預(yù)訂的腳本，在設(shè)備放置地點(diǎn)以及固井施工地點(diǎn)利用專業(yè)攝像設(shè)備進(jìn)行前期視頻圖像圖片等素材的采集工作，通過電腦軟件將拍攝素材按照腳本順序進(jìn)行合成，最后加上視覺特效、旁白或音樂。通過教學(xué)視頻的演示，學(xué)員直觀地看到設(shè)備、場景的真實(shí)情況，通過專業(yè)人員的講解，對現(xiàn)場操作過程有最直接、真實(shí)的體會。（4）網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)考試題庫的構(gòu)建：根據(jù)培訓(xùn)需求，確定需掌握的知識點(diǎn)的重要程度和比例，建立具有一定規(guī)模的、符合網(wǎng)絡(luò)考試的試題庫。試題庫主要采用文字、圖片的形式進(jìn)行展示。理論試題庫分單項(xiàng)選擇、多想選擇、判斷、論述、簡答及隱患識別等類型題。

4關(guān)鍵技術(shù)

在系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中需要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可重用性，并且滿足虛擬環(huán)境下仿真操作系統(tǒng)的動態(tài)、實(shí)時的要求，因此需要解決作業(yè)場景以及設(shè)施三維模型實(shí)時生成、交互和優(yōu)化；材質(zhì)、紋理、其他特效技術(shù)的綜合應(yīng)用；作業(yè)三維場景驅(qū)動引擎設(shè)計及交互式用戶界面的設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)問題。4.1場景以及設(shè)施三維模型實(shí)時生成、交互和優(yōu)化應(yīng)用多邊形逼近的方法，可以組成任何現(xiàn)實(shí)中有的或是現(xiàn)實(shí)中沒有的而我們能想象到的立體圖形。并且可以通過多種途徑對所生成的模型進(jìn)行優(yōu)化處理，使得模型更小、更逼真、更易于管理、利用率更高、更適合實(shí)時仿真。4.2三維場景驅(qū)動引擎設(shè)計（1）操作動作的設(shè)計與驅(qū)動。依據(jù)實(shí)際操作，分解操作動作，構(gòu)造各個操作對應(yīng)的函數(shù)，并將動作與人物模型和操作部件相關(guān)聯(lián)，達(dá)到解析動作、組合動作、完成操作任務(wù)的功能。（2）虛擬場景優(yōu)化。為場景中物體建立多級細(xì)節(jié)層次(LOD)，使用Portal(入口)技術(shù)，對場景進(jìn)行區(qū)域劃分，把場景按相對位置劃分為若干塊，設(shè)置Portal，使處于攝像機(jī)外的實(shí)體不必渲染，大大節(jié)省計算機(jī)CPU消耗。（3）交互式用戶界面的設(shè)計。界面設(shè)計以多視圖切換、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、圖標(biāo)提示等模式來實(shí)現(xiàn)。通過自行設(shè)計的視圖切換函數(shù)來實(shí)現(xiàn)多視圖之間的切換，將可操作的圖標(biāo)與設(shè)備部件相對應(yīng)，從而完成可操作部件的提示，方便用戶交互式操作使用和尋找可操作點(diǎn)。

5結(jié)論

（1）通過多媒體固井視頻軟件的開發(fā)，創(chuàng)新了企業(yè)員工培訓(xùn)方式，不受場地、環(huán)境、時間限制，可以隨機(jī)安排時間進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)更加靈活。（2）提高了培訓(xùn)效果，傳統(tǒng)的培訓(xùn)往往是要求員工死記硬背一些文字，不生動，即使記住了，在實(shí)際操作中效果也不是很好，利用多媒體培訓(xùn)可以更加直觀地了解工藝過程、設(shè)備工具原理及操作規(guī)程，在頭腦中形成更加生動的圖象，因此培訓(xùn)的效果更加明顯。（3）降低了企業(yè)員工培訓(xùn)成本，由于傳統(tǒng)培訓(xùn)需要集中組織，占用的教育資源較多，加上其它成本（如交通費(fèi)、通訊費(fèi)等），成本較高，利用多媒體教學(xué)軟件進(jìn)行培訓(xùn)一次性投入，后期費(fèi)用基本沒有，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。（4）更好地促進(jìn)企業(yè)規(guī)范管理，利用多媒體教學(xué)軟件進(jìn)行培訓(xùn)，內(nèi)容準(zhǔn)確，對每一個崗位的培訓(xùn)內(nèi)容是完全一致的，減少了人為因素的影響，培訓(xùn)內(nèi)容更加規(guī)范。

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作者:孫偉 單位:大慶鉆探工程公司鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)一公司