3D实训软件（共8篇）
3D实训软件 篇1
摘要：《仓储与配送管理》是物流专业的一门核心专业课程, 实践性比较强。文章结合3D仓储与配送管理实训软件让学生了解仓储与配送作业岗位人员的职责, 通过实训任务掌握仓储与配送作业流程, 实现课程教学方式的改革和学生实践能力的提高。
关键词：3D实训软件,《仓储与配送管理》,课程改革
物流是物品从供应地向接收地的实体流动过程中, 根据实际需要, 将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、 配送及信息处理等功能有机结合起来实现用户要求的过程。 仓储是指通过仓库对物资进行储存和保管。配送是在经济合理区域范围内, 根据用户要求, 对物品进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业, 并按时送达指定地点的物流活动。[1]
仓储与配送是现代物流的重要环节, 《仓储与配送管理》也是物流管理专业的核心专业课程, 该课程的实用性和实践性都非常强。该课程不仅要让学生了解仓储与配送的理论知识, 更要注重学生实践技能的提高, 掌握仓储与配送的业务流程。为了适应应用型人才培养的目标, 2011年我院 (华南农业大学珠江学院) 加强了物流实验室建设, 新建了物流综合实验室, 配置了服务器1台、教师机1台、学生机59台, 服务器安装了3D物流管理系统实训软件, 教师机和学生机均可通过访问服务器操作软件系统。《仓储与配送管理》实训部分的上课任务在此实验室完成。
3D物流模拟实训教学就是以实践教学体系设计为突破, 以3D方式模拟物流企业的全景真实运作流程, 再现真实的企业环境和工作场景, 设计相应的实训内容, 提高教学质量及学生的实践能力。[2]通过3D仓储与配送模拟实训系统, 让物流专业的学生在学校就可通过模拟现实的环境中反复实训, 对现实仓储企业的各种类型, 以角色扮演的方式, 学生可以通过完整的校内实训体系, 获得宝贵的上岗经验, 毕业后能迅速胜任现实仓储类物流企业的各个岗位。
1 3D实训软件在 《仓储与配送管理》 课程中的部应用
1. 1了解仓储与配送岗位从业人员的职责
仓储与配送作为现代物流的重要功能环节, 涉及的从业人员也有具体的职业技能和专业分工。学生能通过3D仓储与配送管理实训平台了解6个部门、17个角色。该系统模拟了总经办、销售部、客服部、仓储部、配送部、财务部6个部门, 每个部门又有不同的角色, 作为仓储与配送管理的学习主要让学生掌握的是仓储部和配送部。
资料来源: 3D 仓储与配送管理模拟实训系统操作手册。
了解了不同从业人员的职责, 然后就需要相互配合来完成仓储与配送任务, 下面以任务驱动的方式来实现学生对仓储与配送作业流程的掌握。
1. 2通过实训模拟掌握仓储配送作业流程
仓储与配送管理涉及的具体作业流程有四个方面: 入库作业、在库作业、出库作业和配送作业。不同的作业流程涉及的人员不同, 操作过程不同, 通过布置实训任务和不同角色的转换来完成实训任务, 达到对仓储与配送作业流程的掌握。
在实训流程学习时, 老师首先和学生一起分析实训任务, 然后由学生来扮演不同的角色最终完成实训任务。通过不同实训角色的职责不同, 共同来完成入库作业、在库作业、出库作业和配送作业流程的模拟。
1. 2. 1入库作业
入库作业是仓储流程的一个重要环节, 也是仓储作业流程的第一个部分, 通过实训完成托盘货架区、电子标签区、 轻型货架区、自动立体化区及阁楼货架区的商品入库作业。
运用3D仓储与配送管理系统进行入库作业模拟时, 首先学生以客服部客服文员的身份进入, 制作收货订单, 将收货订单审核后提交; 切换为收货员, 收货员根据收货订单完成收货和卸货工作; 切换为验货员, 验货员在入库检验时本着 “认真、严格、科学、经济”的原则完成验货工作, 认真填写验货单; 然后切换为仓管员, 仓管员负责库位分配, 根据收货订单上货架类型的要求和货架区空余货位进行库位分配; 最后, 以上架员身份登录, 完成上架工作, 入库作业得以完成。
1. 2. 2在库作业
商品在库管理就是研究商品性质以及商品在储存期间的质量变化规律, 积极采取各种有效措施和科学的保管方法, 创造一个适宜商品储存的条件, 维护商品在储存期间的安全, 保护商品的质量和使用价值, 最大限度地降低商品损耗等一系列活动。［4］
商品在库管理涉及分区分类、货位选择、货位编码、商品堆码、商品苫垫及商品盘点等内容。该实训系统对于商品的堆码和苫垫这两项具体操作没有编辑模拟程序。系统模拟了调拨作业、库位库存查询作业、盘点作业和条码管理作业。在库作业均是由仓管员来完成的。
1. 2. 3仓库出库
商品出库业务, 是仓库根据业务部门或存货单位开出的商品出库凭证 ( 提货单、调拨) , 按其所列商品编号、名称、规格、型号、数量等项目, 组织商品出库的一系列工作。［4］
运用3D仓储与配送管理系统进行仓库出库作业模拟时, 学生首先以客服文员身份登录, 制作发货订单; 其次, 以发货员身份进入, 根据发货单进行拣选货物; 最后, 转换成出库员, 将货物从货架取货后送至指定出货门。
1. 2. 4配送作业
配送是在经济合理区域范围内, 根据用户要求, 对物品进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业, 并按时送达指定地点的物流活动。[1]配送是末端运输, 直接与最终用户联系, 包含根据用户要求的配货和送货作业流程。
运用3D仓储与配送管理系统进行配送作业模拟时, 学生首先以配载员身份登录, 根据配送单 ( 发货单) 要求进行相应车辆的申请, 然后以调度员身份安排派车作业, 配载员完成装车作业, 这些属于配送中 “配货”作业部分; 装车完成后进行配送线路安排, 本着经济可行的原则尽量优化配送线路, 然后以配送员身份完成 “送货作业”, 直到客户收货, 配送任务完成。
通过3D仓储与配送管理系统的运用, 仓储与配送流程的学习是围绕实训任务的完成实现的, 改变了老师讲述实训流程的单一模式, 增强了学生的参与性, 对 《仓储与配送管理》课程教学改革起到了重要作用。
2 3D实训软件在 《仓储与配送管理》 课程改革中的作用
2. 1改变了传统的教学模式
《仓储与配送管理》课程在引入实践教学环节之前, 采用传统的教学模式——— “老师讲理论, 学生听理论”, 讲授法是主要的教学方法, 配合一定的仓储配送相关视频资料。 引入3D仓储与配送管理系统软件之后, 实现了 “教师主导, 学生主体”的角色转变, 学生通过切换系统来实现不同岗位角色的转变, 通过实训过程来掌握仓储配送流程, 主动参与到仓储与配送流程的设计和学习中来, 提高了学生的学习能动性。
2. 2提高了学生的实践能力
我院学生的集中实习安排在大四下学期, 通过走进企业进行实践能力的提高, 但三年半的学校学习也应该为最后的实习做好铺垫工作, 所以专业课程增加实训课的开课比重, 注重学生实践能力的培养, 有助于为学生走出校园做准备。 3D仓储与配送管理实训平台的运用, 可以让学生了解仓储与配送管理从业人员的职责, 并且能够模拟实践仓储与配送作业流程, 学生走进企业实习后对这份工作将不再茫然与陌生, 更容易熟悉和投入到实习工作中。
2. 3推动了评价方式的改革
“考考考, 老师的法宝; 分分分, 学生的命根。” 考试虽然不是教学的最终目的, 但是作为考核学生知识掌握的一种手段, 教学方式发生改革, 考核形式也应该作出相应的调整, 具体调整体现在以下方面: 一方面, 考试成绩比重作出调整: 由原来的平时成绩 ( 30% ) 、期末成绩 ( 70% ) , 调整为平时成绩 ( 50% ) 、期末成绩 ( 50% ) , 提高了平时成绩在总评成绩中的比重, 督促学生平时的练习和积累; 另一方面, 考核方式的变革: 改变以往的笔试方式, 120分钟的卷面考试只能说明学生对理论知识记忆的情况, 并不能充分体现出学生对知识的掌握和应用情况, 所以该门课程的考试要以上机考试的方式考核学生对实训任务的分析和不同角色参与完成实训的情况, 以更好地考查学生知识的运用能力。
3结论
3D实训软件是一种教学辅助工具, 在 《仓储与配送管理》课程教学中引入先进的教学管理软件, 可以对教学模式的改革起到一定的推动作用, 并且通过逼真的动画效果和真实企业环境的3D模拟提高学生的学习兴趣, 从而实现了应用型人才培养的能力目标。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准物流术语[Z].2001.
[2]曾珎.3D物流模拟实训教学在中职物流教学中的运用——以仓储配送为例[J].时代金融, 2013 (8) :182-186.
[3]周慧.《仓储与配送管理》教学改革与实践[J].合作经济与科技, 2012 (10) :126-127.
3D实训软件 篇2
实训总结
组员
佘桂杰（4）吴桂旭（44）欧绿茵（42）陈燕君（46）物流2班
实训总结
一、实训内容
这次实训的内容主要是模拟益达物流公司的仓储管理体系。有客服人员订单的撰写，收货、发货、库位的安排以及货位的出入库等流程。
二、过程回顾
经过的两个星期的仓储软件实训，对仓储的定义，基本功能，各个工作流程有了一定的了解，也了解了企业内部物流仓储管理的各个操作流程。转眼间两个星期的实训就结束了，回顾两周的实训收获了不少，但也看见了自己的一些不足。也知道了在学习方面仅仅只有理论知识是不够的。相对之下，实际的操作能力是更重要的。这两周的实训是培养我们的动手实践能力，学以致用。
三、操作作业
在这次3D仓储软件实训中，我们主要做一些物流的操作流程，打单据、入库、收货、验货、上架以及出库等流程的操作。在操作过程中，在客服人员的这一步要做到细心地做好每一张发收货单，必须做到数量、品名等要一一对应，每一个单据都不能做错，因为接下来的每一个步骤都是跟单据环环相扣的。还有仓管员必须合理地安排每一个库位，必须考虑好库位的体积重量等等。
四、实训总结
这次实训，通过仓储物流作业流程的演练提高我们物流操作能力和仓储物流管理水平，培养物流管理的实践能力。了解仓储物流管理的各个环节，提高我们的实践等能力。
3D辅助教学软件设计 篇3
计算机辅助教学技术已经在教育行业中渐趋成熟,从最基本的文本展示,图片展示,发展到现在一体化的多媒体教学系统。然而,很少有人运用3D技术将计算机辅助教学推向一个新的高度。真实的生活是多维的,在教学中要很好的呈现生活,3D软件无疑是最好的辅助工具。AutoCAD加速了工业设计的效率,Maya提高了动画特效的水平,3D辅助教学软件也将会大大提高我们教学的质量。
目前运用3D技术进行辅助教学的研究才刚刚起步,没有成熟的产品或相关的资料可以借鉴。此文作为一个尝试的先例,也许没有多大成果,但是若干年后3D辅助教学会流行起来的。
3D辅助教学软件采用的是标准C++语言。主要基于以下考虑:一、3D图形处理要进行大量的计算,选择比较低级的语言有助于提高软件的性能;二、这里采用了标准的C++类库,而没有采用强大并且开发方便的Visual C++自带的一些属性。原因很简单,标准的C++经过简单的代码改动,重新编译后就可以很容易的移植到各种各样的硬件或操作系统上。而Visual C++中掺杂了很多Windows系统独有的特性,这样做出来的软件只能够在Windows平台上运行,大大降低了软件的可移植性。
软件的质量很大程度上取决于软件的总体架构。在设计上,3D辅助教学软件采用的思想是:分离、开放、统一。
首先,划分功能模块,降低软件的耦合度。整个软件主要由以下功能相对独立的模块构成:图形生成引擎、图形数据处理引擎、命令处理外壳、序列化外壳、模块间的交互管道。这样的设计也有利于软件的并行开发、Bug调试和降低对开发人员的要求。在产品形成后,各模块可以独立的安装在不同的机器上,降低了对硬件的要求。
多个用户可以连接到同一个图形数据处理引擎,进行协作完成大型的工程。管道的设计有利于数据流的重定向,进而方便了数据的移植和图形的表现。
其次,每个模块的接口都是开放的,不管客户端使用什么样的表现和交互方式,只要满足服务器端采用的接口标准,都可以正常的与服务器端通信。
再者,软件开发中尽量采用软件开发中的标准,比如软件的配置数据通过XML文件存放,数据的通信采用SOAP协议等等。设计遵循通用标准具有灵活的开放性,是系统进一步与其他系统兼容和进一步扩充的根本保证。
OpenGL是3D辅助教学软件采用的一个重要技术。OpenGL是3D行业中的一个标准,它主要负责与各种各样的硬件交互,程序员只能够看到OpenGL类库提供的接口,而不用关心建立在具体机器图形系统之上的与硬件或与软件特性相关的内容。这样,程序员就可以花更多的精力放在程序的逻辑问题上。
2、3D辅助教学与OpenGL
2.1、计算机辅助教学与3D辅助教学
计算机辅助教学(Computer Aided Instruction,简称CAI)是利用计算机模拟教师的行为,通过学生和计算机之间的交互活动来达到教学目的。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术,克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率,实现最优化的教学目标。
3 D辅助教学是计算机辅助教学的一个新的分支。3D辅助教学在3D处理技术的基础上,通过立体图形的展现,物理现象的模拟,达到方便教师讲授知识,帮助学生理解各种数学公式和物理现象。运用3D辅助工具,可以模拟微积分的原理,可以模拟物体的各种运动,可以模拟天体的运动,可以辅助理解各种各样的数学思想。
2.2、OpenGL
OpenGL(全写Open Graphics Library)是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格,它用于三维图象(二维的亦可)。OpenGL是个专业的图形程序接口,是一个功能强大,调用方便的底层图形库。
3、系统需求分析
需求分析就是分析软件用户的需求是什么。需求分析在软件的开发过程中具有决策性,方向性,策略性的作用。因此,需求分析的质量很大程度上决定了软件产品的质量。
3.1、可行性分析
可行性分析的任务是从技术上、经济上、使用上分析该系统的开发是否存在可行性。其目的是在尽可能短的时间内用尽可能小的代价确定问题是否有解。
从硬件技术方面看,现在的机器性能远远满足做复杂图形系统的需求。无论是CPU和GPU的速度,还是内存和硬盘的容量,都远远超出了普通图形系统的要求。
从软件技术方面看,有OpenGL和DirectX两个图形标准和其相对应得类库可以满足开发图形软件的基础设施需求。在软件工程领域中产生了很多成熟的开发模式可供参考,软件可以采用“原型模型”来进行分阶段开发,也可以采用“编译器模型”进行围绕最主要的图形引擎进行开发。此外,从非图形的其他软件中也可以借鉴某些“最佳实践”,比如可以采用XML标准来存储和传输数据,可以借助数据库来管理信息,使用Java语言或JS脚本开发非核心的一些组件。
从经济方面来看,一款优秀的软件,它所花费的成本只有非常少的一部分在硬件上,大部分成本都是花费在软的方面。所以,对于3D辅助教学软件来说,它的成本就相对的更低了。在硬件方面只需一台普通的PC机,在软件方面只需要免费OpenGL类库和C++编译器。
从使用方面来看,在辅助教学系统中,3D辅助教学是一个欠缺。它必将拥有大量的用户和广阔的前景。
3.2、需求分析
3.2.1、需求概述
CAI(Computer Aided Instruction,计算机辅助教学)的应用在日常的教学系统中已经很普及。通过CAI,教师可以制作各式各样的课件,通过声音、文字、视频、图片等各种形式讲解各科知识;学生可以通过计算机、网络、多媒体教室等各式各样的教学设施进行学习。CAI大大提高了教与学的质量和效率。
3D辅助教学是建立在传统CAI基础之上的新的辅助教学方法。通过3D辅助教学系统,可以很方便的模拟物理中的各种现象,可以通过三维图形辅助理解数学中的各种公式,可以模拟现实世界中的各种物体。它的出现,弥补了CAI在3D方面的空缺。
4、系统的总体结构设计
4.1、系统平台选择
系统平台是指计算机系统平台,包括计算机硬件、软件和使用计算机的入。系统分析的任务是确定待开发软件的总体要求和使用范围,以及与之有关的硬件、支撑软件的要求。
4.2、系统关键技术讨论
4.2.1、图形数据的描述
描述一个图形的数据可以采用多种多样的方式,比如点阵图和位图等。
4.2.2、图形生成的顺序
图形生成引擎呈献给用户的界面是一幅完整的界面。但是在实际的处理中,不可能同时地绘制出这么多的图形。实际上,在绘制过程中,图形是一个接一个顺序绘制完成的。
为了不至于后面的图形覆盖前面图形的数据,在图形的处理中,我们给每个顶点增加了深度属性,这样,永远显示的是前面的物体,不会有后面物体掩盖住前面物体的现象。
由于图形是顺序绘制的,这样没有渲染好的图形会展现给用户,造成图形的质量下降。系统采用双缓冲技术解决这种问题。就是在图形的有两块存贮区域来存放要绘制的图片。在图形的绘制过程中,显示器读取的是之前绘制好的图形的那个存储区。当新的图形绘制完成后,交换两个缓冲区的内容。应用双缓存,每一帧画面只在绘制完成之后才显示出来,因此观察者就会看到关键帧的完整画面。从而增加了3D显示的质量。
4.2.3、数据的存储结构
数据的存储结构直接决定了系统的开发难易度和系统的运行效率。设计时应根据不同的应用需求选择合适的数据处理结构。
4.2.4、数据的加入和销毁
当产生了新的命令或对象,就要为其建立新的数据。在处理数据时会遇到将新数据插入链表和将当前链表销毁的问题,可以通过单链表的尾插法和遍历单链表的方法解决,下面的代码实现了数据的插入和链表的销毁。
4.2.5、元数据的定义和管理
在各模块的通信中,除了需要标准的通信协议之外,它们还需要内部的通信协议。
4.2.6、物体的运动
3D辅助教学软件中另外一个重要的特性就是实现物体的移动。运动可以通过移动相机的位置或者移动物体的坐标位置实现。在系统的设计中根据具体的情况分别使用了两种“运动”方法。当一个整体的场景需要运动时,采用了调整相机的方法实现场景的移动。这样做的好处是操作简单。
5、系统详细设计与实现
这一章是对3D辅助教学软件的详细设计的描述。由于系统采用了分离式的设计模式,下面将从各个模块分别介绍每一个模块的设计理念和实现方法。
5.1、图形生成模块的设计与实现
3D图形生成引擎相当于一个状态机。它顺序执行描述图形的指令,从一个状态转换到下一个状态。图形的生成有三个阶段:第一阶段,初始化场景;第二阶段,顺序处理每一个绘图指令;第三阶段,修改图形参数,不断重复地根据新的数据来产生图形。
5.2、图形数据处理引擎的设计
图形数据处理引擎面对的是图形数据和对这些数据的逻辑操作。它有两个最主要的功能:存储数据和对这些数据进行操作。本系统在实现的过程中把图形数据处理引擎融入到图形生成引擎中去了,然后在后来的版本中重新把此模块分离出来。
5.3、命令转换外壳设计与实现
命令转换外壳实际上负责的是与软件系统与用户的交互模式。交互模式从表面上看起来非常简单:用户在显示器屏幕上看到一幅图像,通过某种交互设备对图像作出某种反应,图像响应用户的输入并发生某些变化,用户对图像的变化作出反应,如此反复进行。命令转换外壳在设计上分为3层:接收外围设备输入层;命令解析层;实现命令的函数层。
5.4、序列化模块的设计与实现
序列化就是将内存中图形数据通过一种方法存贮到外存上,当需要的时候可以通过图形文件还原以前绘制过的图形。从逻辑上讲,将内存中的图形存储到外存上有多种方法,最直接的就是将图形的绘制参数存储到外存上。
为了实现上的方便,系统采用了直接将命令存储在外存上的方法。这样,存储一幅图形时,只要将用户输入的绘制命令存贮到文件中就可以了,用户打开该图行文件的时候,系统再根据绘制命令重新生成图形。
5.5、模块间通信管道的设计与实现
模块间通信管道实现的是各模块为交互而规定的内部协议。从逻辑上看,它是一个管道,数据从一个模块通过它“流”向另外一个模块;从本质上看,它是一组函数,这组函数可以实现了数据的发送和接受功能。3D教学软件实现的初期,此模块被融合到各模块中。实现上主要通过全局变量和指针实现模块间数据的传输。
摘要：3D辅助教学软件是三维图形技术在教学中的应用,它利用三维建模更逼真的展现事物,从而更好的提高教与学的质量和效率。此系统实现了基本图形的绘制、命令用户接口、图形文件的导入导出等功能,此外系统还加入了星体运动等3D模型实例。本文首先阐述了3D辅助教学的内容的需求,然后分析了3D辅助教学软件的主要功能,最后给出了运用OpenGL类库实现3D辅助教学软件的方法。
关键词：3D,建模,OpenGL,辅助教学
参考文献
[1]吕家恪,汪璇,赖凡,邹显春著.基于Web的公共课辅助教学系统研究与应用[J].西南大学学报(自然科学版),2007(9).
[2]王萃寒,赵晨,余飞扬,姚晓宇.智能计算机辅助教学系统的实现研究[J].计算机工程与科学,2003(3).
3D实训软件 篇4
1. Cabri 3D软件特点
Cabri 3D是一款交互式的立体几何软件，能够在微软视窗操作系统、苹果操作系统以及一些图形计算器上嵌入使用，它是学习和解答几何问题的良好工具。通过Cabri 3D，师生可以快速掌握几何构造，观察和操控各种三维空间图形，可以创建从简单到复杂的各种动态结构，还可以进行空间测量，甚至能根据作图时的数据重现构造图形的全部过程。
2.Cabri 3D界面介绍
Cabri 3D的界面主要由三部分组成：菜单栏、工具栏和工作区。
(1）菜单栏由文件、编辑、视图、插入和说明组成。
“文件”菜单中主要子菜单项有新建文档、关闭、保存和输出，打印和打印预览。其中关闭保存的默认格式是*.cg3格式，但是通过“输出”功能，文件可以保存为.html和.png两种格式，.html文件可以嵌套在网页文件中使用，.png格式有两种分辨率，分别为72DPI和300DPI，适合不同用户的需求。
“编辑”菜单中主要子菜单项有撤销、重复、剪切、复制、粘贴、清除、删除页面、复制视图为位图、锁定、隐藏/显示、全选、取消全选、工具条和偏好设置。其中“锁定”功能为锁定工作区中的某个对象或者是若干对象，偏好设置主要是对工具栏中的若干工具进行顺序的设置。
“视图”菜单中主要子菜单项有比例、垂直显示、水平显示、双页显示、整个页面、整个视图、显示隐藏物件及显示锁定记号。
“插入”工具栏中主要的选项有：单点透视投影、文本框、视图、页面、折纸图样页面、描述。
“窗口”工具栏中主要的选项有：显示画面设定、样式设定、动画、回放、坐标、非重叠显示、垂直显示等。
“说明”工具栏中主要的选项有：工具说明、快速入门、范例等。
(2）界面右下方空白区域，是操作所有对象的视图区域，称为工作区。
(3）常见主要工具栏及工具栏的下拉菜单如下表。
从工具栏中可以看出，Cabri 3D软件基本的操作对象为点、线、面、体与一些特殊的线、面和体，涉及七大基本几何变换和空间中的有关计算，可动态展开多面体和切割多面体。
●Cabri 3D主要应用
1. 与初中几何的结合
义务教育课程标准要求：会画直棱柱、圆柱、圆锥、球的主视图、左视图、俯视图，能判断简单物体的视图，并能根据视图描述简单的几何体。借助Cabri 3D软件，可先绘制符合要求的几何体，通过旋转几何体直观地得到几何体的三视图。
例如，一个由几个相同的小立方体搭成的几何体的俯视图（如图1），方格里的数字表示该位置的小立方体的个数，请画出这个几何体的左视图和俯视图。
根据题意可先利用Cabri 3D把几何图形作出来，旋转几何体来从各个侧面观察，让学生直观地体会几何体的三视图。
利用一个正方形为面的多面体构建正方体，非常容易构建一个满足条件的几何体（如图1）。可利用几何变换中的旋转功能，也可以按住Alt键和鼠标左键，朝各个方向旋转，让学生从各个方向观察几何体，随着观察几何体的运动，从而形象直观地理解三视图（如图2、图3）。
2. 与高中几何的结合
(1）验算拟柱体的体积公式。设拟柱体的上、下底面面积分别为S'和S，中截面面积为S0，高为h，体积为V，则。利用Cabri 3D制作一个拟柱体，分别测量出拟柱体的体积V拟柱体，上、下底面的面积S'和S，中截面面积S0，两底面的距离h，看V拟柱体和是否相等，任意改变底面多边形的形状，值是否仍然相等（如图4、图5）。这样使学生能够直观地感知定理，但真正的严格的证明，还需要学习微积分的基本知识。
(2）圆柱面的制作。若柱面的准线是圆，并且母线垂直于圆所在的平面，这样的柱面就叫作圆柱面。其制作方法是：(1)以基准面上一点为圆心，以圆外一点与圆心的长度为半径作圆。(2)在圆上另取一点，过该点作圆所在的平面的垂线，在垂线上取两点，构造线段，并将原来的垂线隐藏。(3)选择工具栏中的“轨迹”按钮，然后选中线段，按F10出现动画，线段形成的轨迹为圆柱面。
(3）球面上的几何。利用Cabri 3D研究球面上三角形的一些性质也收效甚好。例如，球面正弦定理在有关球面三角形的计算中非常有用，可根据两边和其中一边的对角求出另一边的对角。下面用Cabri 3D来验证球面上三角形正弦定理（如图6）。
虽然，拖动球面三角形ABC的任意一个顶点以改变三角形ABC的形状和大小，发现无论怎么改变，虽然的值会跟着变化，但它们始终相等，即。令，则有：。
对于空间问题的学习，需要学生有充分的空间想象能力，当遇到无法用纸质媒体或者是动态的平面几何软件表述的问题时，用Cabri 3D软件来动态展示，变得相当直观。例如，正方体展开后的图形研究，平面截圆柱、圆锥、棱柱、棱锥，截面截法的不同，截面与柱、锥的交线（圆、椭圆、双曲线、抛物线）的研究等。
Cabri 3D不仅能制作动画，展示轨迹和强大的变换功能，还具有计算功能，如对向量的计算；如求模，幅角，向量的点积；直线、平面、球的方程；能求空间中两点的距离，点到直线的距离，两直线、两平面的距离；能求直线与直线、直线与平面、平面与平面之间的夹角，多多边形的面积和多面体的体积；能够根据据三维坐标确定空间中的点等。
●结束语
信息技术是从根本上改变数学学习习方式的重要途径之一，我们不提倡利利用计算机演示来替代学生的直观想象象，但是可以引导学生在探究活动中借助助数学软件来研究和发现问题，利用计算算机软件来解决问题，发现其中存在的数数学规律，使用有效的数学软件绘制图形形，呈现抽象对象的直观背景，加深对相相关数学内容的理解。
参考文献
[1]Cabri 3D用户手册.
[2]义务教育数学课程标准(2011年版)解读.GB/T.北京:北京师范大学出版社.2011.
3D实训软件 篇5
虚拟试衣系统是指通过立体视觉原理获得或根据顾客身体的三维信息, 利用计算机图形学构造顾客身体的三维模型, 将大量的服装效果图像存储在计算机内, 顾客可以通过浏览来选择自己喜欢的款式, 然后通过计算机图像处理和图形学原理, 把顾客自己选择的服装“穿”到顾客的三维身体模型上去, 显示出顾客人体三维模型的着装立体效果图。
1.1 服装虚拟缝合技术的原理及应用
CAD技术所产生的服装网格模型, 用于模拟服装效果, 但没有充分与二维服装CAD及服装生产企业进行良好的衔接, 使服装从二维平面到三维的样片的虚拟缝合技术成为两者连接的关键环节[1]。成为国内外的专家研究的重点。例如采用缝合力来控制2D裁片虚拟缝合、采用质子———弹簧模型对服装进行虚拟模拟, 而后又将服装的缝合工艺设置缝合对位及缝合约束来实现2D向3D转换[2]。
1.2 国内外服装虚拟缝合软件应用及对比
目前国内外应用较多的虚拟缝合试衣软件有:
CLO 3D虚拟缝合为上海嘉纳纺织品科技有限公司研发, 实现了人体扫描—虚拟缝合—模特虚拟展示于一体的智能服装设计系统[3];美国PGM试衣系统是美国开发研究的, 它对服装的真实性效果达到95%以上, 在欧洲与国内江浙一带具有较大份额[4]。
2 基于3D试衣软件虚拟缝合技术的对比分析
本文希望通过对中美两大代表国际先进水平的3D虚拟缝合试衣软件进行对比分析, 从侧面反映出3D虚拟试衣技术的成熟性, 并对该类虚拟试衣软件所存在的不足提出优化设计。
2.1 制作流程的对比分析
通过对两款虚拟缝合软件的制作流程对比, 可见该类试衣软件主要是是由样板制作、选取人体、虚拟缝合与试衣展示四个部分构成[5], 在这个过程中的也存在明显的差异, 通过对制作流程的对比分析, 得出存在该类试衣软件的不足。
2.2 3D试衣软件缺点对比分析
3 D CLO虚拟试衣软件与美国PGM虚拟试衣软件是具有代表性的虚拟缝合软件, 其虚拟缝合技术, 被广泛的应用到服装虚拟试衣系统中。其快捷性与便利性无不反映出该技术的成熟程度, 但在3D试衣软件中存在的不足与缺陷是直接制约着虚拟缝合技术的进一步发展因素, 以下是对两类虚拟试衣软件的缺点的分析:
相同点:缝合过程中对于虚拟缝合线的制作容易出现制作错误, 影响服装的效果;服装样板修改后无法导出;服装与人体在缝制过程中, 衣片需要反复调整位置, 位置调整不对, 容易出现脱落与错位等问题。
不同点:3D CLO虚拟试衣软件对于复杂设计以及特殊效果的缝制难以实现。例如流苏、打结等效果。美国PGM虚拟试衣软件要反复定义衣片及参数, 包括调整衣片方向, 并衣片需要调整弯曲率辅助缝合。
总结:针对两类虚拟缝合软件的分析, 其不足主要集中在反复调整衣片位置、服装脱离人体、样板无法导出、制作过程繁琐等方面。
3 虚拟试衣技术的优化设计
通过以上针对3D CLO虚拟试衣软件与美国PGM虚拟试衣软件的对比分析, 对于两者共同的不足之处进行分析与设计, 对该类软件提出以下几点优化方案:
3.1 衣片自动识别系统
衣片识别系统的设计, 主要是解决在该类虚拟试衣软件制作过程中出现容易缝合错误与反复调整的问题。依托规范化的衣片定义与人体区域定义得以实现主要分为“衣片—人体”识别系统与“衣片—衣片”识别系统。以下是衣片识别系统模块设计图:
(1) 衣片—人体的识别系统
针对服装与人体的脱落与错位问题, 主要是由于服装与人体位置原始设定有所偏差, 在缝合过程中, 在重力与缝合力等作用力的作用下, 服装难以如同现实穿衣过程中将服装正确的包裹在人体外表面, 针对这一问题, 我们将引入衣片自动识别系统这一环节, 通过对服装衣片的定义, 衣片可以识别人台或人体对应所在区域, 在虚拟缝合过程中衣片与人体自动对应, 然后在进行缝合, 保证了服装虚拟缝合的正确性, 也省去了在服装虚拟缝合过程中反复调整衣片位置的环节。
(2) 衣片—衣片的识别系统
针对服装虚拟缝合技术中的缝合线的制作出现错误, 影响服装的效果的问题, 一方面可以通过反复的操作, 较为熟练的掌握缝合线的缝合, 减少错误率的产生。另一方面, 在引入衣片的识别系统后, 在衣片对人台进行识别的同时, 通过对衣片的设置, 使衣片与衣片间具有一定的识别效果, 方便使用者操作, 并且简便操作, 降低错误率, 提高制作效率。
3.2 样板再生系统
针对服装版型二次调整无法导出, 我们将设定样板再生系统, 完善虚拟缝合软件的兼容性, 将服装CAD与虚拟缝合软件更加融合, 在虚拟软件中进行调整的服装衣片后, 软件将调整后的3D服装衣片再生成出2D样板, 实现从3D-2D的逆向转变, 另存为服装CAD格式。实现服装与样板的一致性, 更加便利与快捷。
3.3“云”数据
在服装虚拟试衣软件中, 各有所长, 但由于技术与数据的限制。数据库的建立与扩大无疑该类虚拟缝合软件的短板, 通过分析与调查, 提出“云”数据的概念, 在这个大数据时代中, 数据成为一项技术不断发展的基础, “云”数据的理念是针对成衣服装、人体测量数据、缝合信息、面料肌理等数据的资源共享, 以一种兼容性的格式保存在“云”数据库中, 方便各类软件在缝合过程中的使用。通过大数据的分析, 更好的展示虚拟服装的优势, 以及虚拟试衣系统的推广与发展。
4 解决问题及市场前景
通过对比分析, 对于这类软件虚拟缝合过程中的不足进行优化设计, 其主要是解决服装虚拟过程中, 三维空间内衣片与人体位置的问题, 以前是通过手动调整与尝试后得到理想穿着效果, 通过优化设计, 解决了这一反复调整的环节, 将他设定为“定义衣片———定义人台———衣片与人台自动识别———衣片与衣片”, 这样简单快捷的方法, 提高了整个系统技术的效率与灵活性, 同时提出了样板再生系统与“云”数据的设计理念, 对该类虚拟试衣软件的优化与发展提供了崭新的方向。
5 总结
虚拟缝合试衣技术本身就具有极大的市场前景, 可用于企业的样衣的制作, 降低样衣的制作成本。同时, 也提升用户的购物体验, 实现基于用户数据的人体模型与3D虚拟服装匹配, 进行网上虚拟试衣的体验。而对其缝合领域的优化设计旨在提高制作的速度, 提高这一领域的智能性, 与数字化, 方便使用者的操作, 具有极大的现实意义与市场发展前景。
摘要：在大数据时代下, 服装的数字化技术不断发展, 其中虚拟试衣技术贯穿到服装的设计、开发、制作、销售等各个方面。本文全面分析了服装虚拟缝合技术, 对于3D CLO虚拟试衣软件与美国PGM系统进行对比分析, 针对其缺点与不足, 提出构建虚拟人台与二维样片的衣片识别系统、样板再生系统与“云”数据等一系列优化设计, 实现三维服装的快速缝合, 优化服装虚拟缝合技术, 提高制作效率, 具有极大的现实意义。
关键词：衣片识别系统,服装CAD,虚拟试衣技术,优化设计
参考文献
[1]朱广舟.服装数字化设计:三维人体建模与虚拟缝合试衣技术[M].北京:中国纺织出版社, 2014:83.
[2]甄同妙, 吉高卿.基于质点-弹簧模型的交互式服装仿真系统的设计与实现[J].河北建筑工程学院学报, 2016.
[3]王璐璐, 王军.数字化服装设计的发展与技术创新研究[J].山东纺织科技, 2016.
[4]余国兴.3D服装虚拟技术模拟成衣过程[J].中国纺织, 2005.
3D实训软件 篇6
2013年5月6日,HTML 5.1正式草案公布。该规范定义了第五次重大版本,第一次要修订万维网的核心语言:超文本标记语言(HTML)。在这个版本中,新功能不断推出,以帮助Web应用程序的开发者,努力提高新元素互操作性。HTML5是开放的Web网络平台的奠基石。越来越多的浏览器具备支持HTML5的功能,HTML5将推动Web进入新的时代,为Web的统一打下基础。在此就是利用了HTML5的新的特性实现动态数据的3D展示。文中使用的数据来源于威海职业学院各系部的招生数据。
2 立体条形图实现
2.1立体条形图绘制原理及实现
图形的绘制主要是在网页的body元素中利用HTML5中新增的一个重要元素canvas进行图形的绘制。在网页中插入canvas元素相当于在页面上放置了一块“画布”,可以在其中进行图形的绘制。利用JS技术读取canvas标签,每次读取对canvas中的内容先进行清空,然后再创建。
以文中的数据源为例,首先要从页面表格中提取数据放入数组中存储,计算存储总的录取人数,并查找到最大值。根据最大值设定坐标系x轴显示的最大刻度值:例如最大值如果是一位数,那么最大刻度值设定为10;最大值如果是二位数,那么最大刻度值设定为100;最大值如果是三位数,那么最大刻度值是最大值的百位数加1*100。利用JS数组存储数组对象包含名称、颜色、以及值,分别对应坐标系中的系列名、颜色以及该系列的值。设定图形偏斜的角度a;立体图形在z轴方向的深度b;坐标系x轴长度xc;根据数据库中动态数据确定条形图的长度L;条形图间隔g;条形图高度h,条形图宽度k;从视觉角度条形图相对于坐标系移动的深度z;数据源的个数n来自数据库查询的数据项个数。根据画布canvas的宽度和高度设定坐标系的起始坐标x、y;绘制图形时分两部分绘制,首先要绘制坐标系,其次是循环绘制每个条形图。绘制坐标系时要根据上面的数据计算出x轴起点结束点;y轴起点结束点;z轴起点结束点。利用canvas的划线和图形填充方法绘制出立体的效果;起始点的第一个坐标就是开始设定的x、y坐标,我们称之为x1,y1,z轴结束点坐标课通过x、y值计算得来。可以称之为第二个坐标x2=Math.round(x1+b*Math.cos(a*Math.PI/180));y2=y1-b*Math.sin(a*Math.PI/180);x轴的结束坐标x4=x1+xc;y4=y1;y轴的结束坐标x5=x1;y5=y1-((h+g)*n)+g;同理如果坐标系需要绘制背景来进行衬托3D图形,可以根据上述公式中已求得的坐标求出背景中四边形中需要的4点坐标。坐标求出后,就可以根据画布的绘线方法和填充方法绘制了。坐标系绘制完成后,将x轴平均分为10个刻度值,根据上面求出的最大刻度值计算每个刻度显示的数据,利用画布的绘制文本方法循环绘制10个刻度值。绘制y轴上的刻度值,每个立体图形之间的间隔步长为g+h,利用数学公式计算出每个条形图在y轴上对应的刻度坐标,在该位置利用画布的绘制文本方法将数据库中取得的每个系列的动态数据绘制在该坐标位置。坐标系绘制完成后要对每个条形图进行绘制。每个条形图的绘制方式是一样,唯一不同就是每个条形图的起始位置不同,颜色不同。因此,利用循环,根据不同的起始位置进行绘制每个条形图。利用随机数产生3个0到255之间的数字,组合成16进制颜色值。绘制条形图时,主要是绘制条形图的前面四边形、顶部四边形和右侧四边形。利用上述给定的数值进行运算:条形图前面四边形第一个坐标x1=Math.round(x+z*Math.cos(a*Math.PI/180));y1=y-g;第二个坐标是x2=Math.round(x1+k*Math.cos(a*Math.PI/180));y2=Math.round(y1-k*Math.sin(a*Math.PI/180));第三个坐标x3=x2+L;y3=y2;第四个坐标是x4=x1+L;y4=y1;顶部四边形坐标:第五个坐标x5=x1;y5=y1-h;第六个坐标x6=x2;y6=y2-h;第七个坐标x7=x3;y7=y6;第八个坐标x8=x4;y8=y5;利用画布的划线和填充方法根据坐标位置进行绘制。
累计立体条形图的实现原理和单一条形图实现原理一样:前一个立体条形图的右边图形的坐标是后面一个立体条形图的坐标起点,再次利用坐标计算公式可以依次求出顶面右边侧面的坐标,再次绘图即可。柱形图、累计柱形图和条形图的绘制原理一样,这里不再重复讲述。
3 立体面积图绘制原理及实现
面积图又称区域图,强调数量随时间而变化的程度。因为面积图是连续图形所以在绘制时要利用时间为坐标轴刻度值,每两个时间段之间绘制图形。还需要注意的一点是因为是立体图形,为了展现图形的效果,顶部图形的颜色和正面图形的颜色要相近但是不能一样,侧面图形可以和顶部图形颜色一致。
以文中的数据源为例,首先从数据库中检索出数据放入Hash Map集合中存储,利用迭代器将数据放入页面表格中显示,并利用随机数产生3个0到255之间的数字,组合成16进制颜色值。在这里要根据已求得的随机颜色值计算另一个跟它相近的颜色值,用来组成图形正面颜色和顶部以及侧面颜色。根据已求得的颜色值的R、G、B 3色的值,如果小于225,分别给这三色值增加30求得相近颜色值。然后点击“生成3D图形”按钮时,触发事件,从页面表格中提取各系每年的数据放入JS数组array Sum中存储,颜色值放入color和color2两个数组中存储。同条形图一样计算存储总的录取人数,并查找到最大值。根据最大值设定坐标系y轴显示的最大刻度值max Kedu,最大刻度值的设定和条形图的设定方式一样。立体图形绘制依然分为两部分,绘制3D坐标系和3D面积图。设定坐标系起始坐标x、y;时间轴x轴起始值val Start,坐标轴倾斜的角度a;坐标系的z轴方向的深度b;坐标系x轴的长度xc、y轴的长度yc;每年之间的间隔l=xc/10;每个系列立体图形之间的间隔g;每个系列立体图形两年数据连线的起始值time Start1,两年数据连线的结束值time End2。每个系列面积图的宽度k;第一个系列立体图形相对于坐标系移动的深度z。绘制坐标系的原理和条形图绘制原理一样,这里不再讲述。利用循环绘制面积图中两年之间的不规则立体图。绘制面积图中两个时间点之间的不规则图形,利用数学公式求出各个坐标点的位置,求出坐标后,首先绘制坐标系底部,然后绘制正面图形并填充颜色1;绘制正面图形的边框,边框线颜色为白色;绘制顶部图形并填充颜色2;绘制顶面的边框,边框线颜色为白色。绘制右边侧面图形并填充颜色2。绘制右边图形的边框,边框线为白色。
4 结语
3D实训软件 篇7
随着电子行业的快速蓬勃发展, 我国已成为电子生产制造大国。国际知名电子厂商均在国内设置代工商或者生产基地, 同时本土电子成品生产企业也迅速成长。在消费电子、白色家电, 信息电子等多个生产领域国内生产规模已经占据全球第一。这一迅速发展的市场产生了巨大的人力资源需求, 培养合格的操作从业人员是现场的迫切需求之一。
在SMT生产设备中, 回流焊炉是重要的生产设备之一。回流焊相当于是一个巨大的加热炉, 设备的内部有一个大功率加热电路, 热风系统将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板, 让元件两侧的锡膏融化后与主板牢固焊接在一起。这种生产方式温度易于控制, 焊接过程中还能避免氧化, 制造成本也更容易控制。由于锡膏加热融合的过程复杂, 需要设备精确地进行温度控制, 所以回流焊炉往往通过设置多个温区来精确控制温度变化, 使得焊接获得最好的焊接效果。
虽然回流焊炉的操作相对简单, 但设备能耗大, 准备周期长。以较低功率的典型9温区回流焊炉, 峰值功率达到40kW以上, 平均功率达到15-20kW以上。每一次从开机到升温完成需要1个小时乃至更长的时间, 而完成降温需要2个小时以上。设备长时间高功率运行带来的成本高昂, 同时操作准备及降温时间长, 时间利用率低, 完成一次实验操作就需要半天的时候, 如果还需要调整, 则用时远远超出了一般培训的时间限制。综上所述, 利用真实设备进行教学培训, 成本高昂, 效率低下。在这种情况下, 相关企业采用3D仿真软件在计算机上模拟真实回流焊炉设备和CAM软件界面进行人员培训, 以解决该矛盾。
2 SMT设备的实际操作
回流焊炉是SMT制造中一项重要设备, 是SMT工艺完成焊接重要步骤。作为回流焊炉的操作使用者日常主要操作有:装载生产档案, 调整设备参数、进行设备维护等。其中装载生产档案和调整设备参数主要利用回流焊炉自带的CAM软件进行重要参数的设置:比如设置轨道宽度, 调整轨道运行速度, 设置加温温区的温度等。而进行设备维护则是在CAM软件支持下对设备进进行相关操作, 比如:清理传送带、清洁加热炉膛、添加高温润滑油、更换加热电路。进行维护操作的时候需要对设备结构或电路布线较为熟悉, 回流焊炉下部为供电电路, 每一个温区的加热模块都有独立的继电器与控制闸刀。日常出现小的供电故障, 需要维护人员及时手动排除, 否则将会引发故障或损坏设备。除了维护以外, 利用测温板对电路各个温区进行温度测量, 绘制实际加温曲线也是生产重要日常性操作。
3 现有仿真存在的问题及改进
现有3D仿真软件产品利用计算机模拟技术和3D动画技术进行回流焊炉的相关动态仿真, 取得了许多有益的成果。但存在两个问题。
其一, 仿真软件仿真了回流焊炉CAM软件界面。使用者操作时与在HELLER、BTU及REHM等品牌的回流炉上操作一致。同时软件提供了温区设置和虚拟加温曲线仿真的功能, 模拟了现场进行回流焊炉温度设置这一重要操作。但目前现有软件界面操作与温度仿真彼此独立, 当改变轨道宽度和传送带速度等参数后, 并不会导致虚拟加温曲线发展变化。这未能体现实际生产中当改变传送速度时, 会影响加热时间, 从而使得加温曲线发展较大变化这一特性。
其二, 3D仿真软件的设计制作者, 缺乏现场回流焊炉工作经验。所以进行3D结构仿真时, 重点放在对设备内部结构展示, 部件连接关系上。但对与实际操作重要的几处细节部分没有涉及。比如现有3D仿真软件普遍没有展示润滑油的加注操作及润滑油相关管路, 没有展示炉膛结构和炉膛炉渣集中区域, 没有展示加热电路线路布置和继电器开关分布。这样的细节缺陷导致使用者通过3D展示, 能泛泛了解回流焊炉内部结构, 找到主要部件内部位置, 但对实际常用操作相关的内部结构知识一无所知, 导致训练效率下降。
针对上述问题, 3D仿真软件应主要在下列方向上加以改进。
第一, 改进数学建模, 在炉温曲线的数学运算模型中加入时间参数, 从而与虚拟操作界面中的传送速度等参数挂钩, 体现与真实设备相近的响应特性。在加温模型中加入时间t, 该参数由传送速度与长度共同决定。而每一温区升温速度tr由电路板初始温度与温区内温的温差所决定。温差越大, 升温速度越快。而经过每一温区后, 电路板实际升温等于升温速度tr乘以时间t, 初始温度加上升温等于电路板经过该温区后的温度。通过引入时间参数, 当改变仿真软件运行速度后, 加温曲线将产生更贴近于实际生产的变化。使用者也将合理控制仿真软件中的设备传送速度, 保证加温曲线符合生产要求。
第二, 构造3D绘图时添加炉膛细节和润滑油加入部分的细节和动画展示。炉膛开闭与高温润滑油加注是实际操作的训项目, 由于实际设备限制训练次数有限, 利用计算机模拟可以进一步提高模拟软件的培训效率。
第三, 3D仿真应加入电路部分的模拟展示, 将加热体、风扇等部件的主要线路及控制开关分布显示在现有回流焊炉3D仿真模型上, 使得3D仿真软件可以用于电气检修相关的培训。利用计算机模拟软件将实际电路布线照片和原理图有效在一起。让培训者能在安全的模拟环境中尽快熟悉设备的电气连接关系, 掌握设备电路原理。
4 结论与展望
回流焊炉是一个现代化的复杂设备, 内部结构复杂。利用计算机模拟技术也仅仅能完成一部分的仿真内容。即使加入改进措施, 仍不能完全精确符合真实的设备运行。目前探讨的不足因素改进的方法虽然能提高仿真性能, 但仍比较简陋, 未来需要进行进一步的探讨与完善。
参考文献
[1]刘波.回流温度曲线的测试技术[J].经济技术协作信息, 2008, (21) .
[2]鲜飞.SMT设备的最新发展趋势[J].电子工业专用设备, 2007, (09) .
[3]闫明.SMT回流焊机3D智能软件系统[D].成都:西南交通大学, 2012, (3) .
[4]李洪昌.回流焊炉的温度曲线[J].赤峰学院学报:自然科学版.2008, (11) .
3D实训软件 篇8
关键词：快门3D眼镜,软件锁相环,开通周期,相位补偿
近年来,随着3D电视市场的高速发展,作为3D电视配套关键器件之一的3D快门眼镜也呈高速发展态势。实现3D眼镜与3D电视的准确、稳定、高效同步不仅成为该类产品的核心技术之一,还成为影响该类产品3D效果的关键因数之一。
快门3D眼镜的工作原理:3D电视的每一帧3D图像均包含左、右两幅不同角度拍摄的画面,左、右两幅画面切换的同步信号通过红外线、射频或者蓝牙的方式传输出去。3D眼镜接收到电视端的同步信号后,同步切换左、右眼LCD的开通和关断时间,使左画面通过3D眼镜的左镜片,右画面通过3D眼镜的右镜片。左、右画面按照一定频率(一般为60 Hz或者50 Hz)快速切换,观众便看到了立体影像。
锁相环(PLL)是一种常用的信号处理方法,广泛应用于时间同步、频率合成等领域[1]。锁相环分为模拟锁相环、数字锁相环和软件锁相环[1]。本文结合3D快门眼镜产品的特点,仅从软件锁相环的角度,建立数字化可实现模型,详述具体的实施过程,并分析关键系统参数选择方法。本方法基于锁相环(PLL)的基本原理,易于实现,具有很好的信号捕获和跟踪性能,实现了3D眼镜与3D电视的准确、稳定、高效同步,在快门3D眼镜产品中已得到了成功应用。
1 软件锁相环原理
1.1 锁相环工作原理
锁相环是一个相位反馈自动控制系统,由鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)3个部件组成,如图1所示[1,2,3]。
锁相环路有多种形式,图1是锁相环的一种基本环路,其他环路形式(包括各类软件锁相环)均由基本环路变化而来。
锁相环工作原理:当有频率为fi的Vi(t)输入时,输入信号Vi(t)和输出信号Vo(t)同时加到鉴相器进行鉴相;如果二者的频率和相位相差不大,则鉴相器输出一个与二者相位差成正比的误差电压Vd(t),再经过环路滤波器滤去Vd(t)中的高频成分,输出一个直流控制电压Vc;Vc将使压控振荡器的频率fv和相位发生变化,向输入信号频率fi靠拢,最后使输出信号频率fv和输入信号频率fi相等,即fv=fi且两者相位差保持固定,这时的环路状态称为环路锁定状态。
需要指出的是,环路锁定是针对输入信号频率和相位都不变而言的,如果环路输入信号的频率和相位不断变化,那么环路也能使压控振荡器的频率和相位不断地跟踪输入信号的频率和相位变化,这时的环路状态称为环路跟踪状态。
1.2 软件锁相环工作原理
软件锁相环与硬件锁相环的工作原理是一致的,实现方法却灵活多样。针对被跟踪信号的不同特点,设计不同的软件算法,可以更加高效地提高信号跟踪精度。
在快门3D眼镜软件系统的设计过程中,根据不同协议下的3D电视同步信号特点,使用软件锁相环来捕获并跟踪3D电视红外同步信号,可以更加高效地实现快门眼镜左、右眼镜片导通起始相位分别与3D电视左帧、右帧画面切换起始相位的准确同步。
本文介绍的基于红外传输的快门3D眼镜的软件锁相环系统由相位跟随、相差反馈、相位调整3个核心部件构成,系统结构框图如图2所示。
相位跟随模块首先需要识别同步信号,然后通过持续累加一定数量的有效同步周期跟随同步信号,对一定数量的有效同步周期进行累加后求平均就可以获得一个相位和周期都非常近似于标准同步周期的开通周期。
相位反馈模块将开通周期与3D眼镜标准同步周期(一般为8.33 ms或10 ms)做对比,计算出开通周期误差,并将误差值反馈到相位跟随模块,相位跟随模块按照上次开通周期误差对本次开通周期进行相位补偿。
相位调整模块计算本次同步信号的开通周期,并将计算出的开通周期误差补偿到本次开通周期上,使眼镜导通相位实时动态逼近电视同步信号。
实际上,由于3D电视同步信号在传输过程中会受到红外光干扰,导致同步信号局部失真,甚至在3D电视信号发射端自身就存在一定的相位抖动误差,也就是说该软件锁相环的环路输入信号的频率和相位是在不断变化的,所以本软件锁相环就是不断地跟随3D电视的同步信号并不断调整眼镜导通相位,使眼镜导通相位实时动态逼近电视同步信号,同时达到红外抗干扰的目的,也就是说该软件锁相环一直处于环路跟踪状态。
2 软件锁相环实现方法
2.1 流程简述
本软件锁相环的工作流程如图3所示。
2.2 实施过程
本软件锁相环首先需要实时跟踪3D电视的红外同步信号,然后按照特定的补偿算法计算开通周期误差并将误差反馈到同步周期中,最后分别调整3D眼镜左、右眼镜的开通时间和相位,最终使得3D眼镜开通周期和相位向3D电视同步信号持续靠拢,保持在一个误差很小且误差范围很小的固定区域内。
如何动态获取稳定、准确的开通周期误差Tkw将成为该软件锁相环的关键。事实上,开通周期误差Tkw是由参考开通周期Tkp与标准开通周期Tkb(一般为8.33 ms或10 ms)的差值决定的,即:
其中,Tkp可以通过累积开通周期后求平均获得;TWn为相邻同步周期误差,反应了相邻同步周期的误差范围,即:
通过连续累积该误差数值,一方面,TWn必须满足误差范围要求,这样才能有效实现对同步信号的跟踪;另一方面,也可以获得整个同步信号的误差特征,累积次数需要根据具体的同步信号特点做调整。由于相邻同步周期的误差范围不仅与3D电视发射端误差范围有直接关系,而且还与信号受红外干扰的程度有着密切的联系,所以误差范围80μs～120μs可以在3D电视红外同步信号抖动范围要求(3D电视厂家同步协议标准)的基础上做针对性的调整设置。
获取开通周期误差Tkw后,需要将该误差值动态反馈到当前开通周期TK中去,根据Tkw大小情况,结合当前开通周期测量误差▽Tn对TK做动态周期和相位的调整,从而实现3D眼镜导通周期和相位实时动态逼近电视同步信号,即:
理论上,如果TWn按照最大值120μs计算并且排除▽Tn,则TK与3D电视同步信号的相位误差可以动态控制在约20μs,从而有效实现了高精度动态同步的功能,达到了信号红外抗干扰的目的。
3 软件锁相环试验结果
快门3D眼镜软件系统未使用软件锁相环的试验结果如图4所示,3D眼镜开通波形相位抖动范围△t为120μs～160μs。使用软件锁相环的试验结果如图5所示,3D眼镜开通波形相位抖动范围△t为20μs～30μs。
试验结果表明,在快门3D眼镜产品中,本软件锁相环在动态跟随3D电视同步信号相位的过程中,达到了很好的信号跟随、相位同步和红外抗干扰的目的。在佩戴3D眼镜观看3D电视的过程中,3D效果明显。
锁相环不仅能分别使输出信号频率和相位与输入信号频率和相位严格同步,而且还具有信号、频率跟踪特性,所以它在电子技术的各个领域中都有着广泛的应用[4]。软件锁相环摆脱了模拟锁相环和数字锁相环中复杂的硬件电路设计和电子元器件的非线性对跟踪精度的影响,具有结构简单、参数设计灵活等优点[2]。利用软件方式实现信号处理,使软件锁相环比硬件锁相环具有更好的灵活性和通用性。
参考文献
[1]柳慧超,明军.一种软件锁相环的实现方法[J].电子技术研发,2011,38(6):10-12.
[2]屈强,刘东华,杨君,等.软件锁相环的设计与应用[J].遥测遥控,2007,28(1):10-14.
[3]刘翔,张爱玲.一种基于TMS320F2812的软件锁相环实现方法[J].电力电子技术,2010,44(8):60-61.