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2024年3月28日发(作者：二郎神出生在哪个朝代)

复杂设备的三维结构交互式演示系统开发

复杂设备的结构一直是教学的难点，为了便于全面、直观地观察复杂设备的内部结构

和掌握其工作原理，传统的做法采用实物模型或二维剖面图来展示其内部结构。实物模型

造价高，占用物理空间较大，不易搬运；二维剖面图直观性差，整体感不强。笔者以焦炉

为例，介绍一种复杂设备的三维结构交互式演示系统开发方法。

焦炉是焦化厂日常生产的主体设施，其主要功能是将煤隔绝空气进行干馏，从而得到

用于高炉炼铁、冲天炉熔铁和有色金属冶炼等生产所必需的焦炭，以及其他的一些荒煤气

等化学产品[1]。

焦炉属于大型工业炉，结构复杂，一般分成4个部分：蓄热室、斜道、炭化室和燃烧

室、炉顶。各部分结构都比较复杂，尤其是斜道区中的布置有错综复杂的数千条用于煤气、

空气或废气的通道（即所谓的斜道）[2]。一座55孔JN60焦炉有56个燃烧室，每个燃烧

室有32个立火道，每个立火道有2个独立的斜道与之相连，因此整个斜道区共有3 584

个斜道，如果是复热式焦炉，则还布置有1 792个垂直砖煤气道[3]。

对于初步认识焦炉的学习者来说，仅凭课本上提供的几张二维平面结构图，很难系统、

全面地掌握焦炉的内部结构及工作原理，教学及学习效率低。由于三维数字模型具有仿真

度高、直观、便于携带、不占空间和成本低等特点，三维数字模型在文物复原与数字化保

存[4-6]、人体器官修复与重建[7，8]、工程设计[9]和工程建设[10]等众多领域中已有一些

成功应用先例。为此，笔者应用SketchUp软件建立了一组焦炉三维结构模型，并以

Authorware为工具，开发了一套焦炉结构三维交互演示系统，主要用于焦炭结构及工作

原理实验教学。

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1 开发工具

1.1 SketchUp简介

1.2 Authorware简介

Authorware采用面向对象的设计思想，提供了直观的图标流程控制界面，通过调用

图标来实现整个应用系统的制作。Authorware提供11种交互方式，支持Flash GIF和

AVI格式动画，能将其他软件制作的文字、图形、图像、声音和数字电影等多种媒体信息

直接利用图标导入，产品内容丰富、交互性强。程序流程简明，易学易用，让不具备高级

编程能力的用户也能创作出高水平的多媒体作品。此外，Authorware还提供了丰富的函

数、变量和脚本语句，对有经验的高级开发人员，可以通过简单的编程实现更为复杂的设

计[14]。

2 基于SketchUp的三维焦炉建模和动画制作

2.1 焦炉斜道区的三维建模

斜道区是焦炉结构中最为复杂的一部分，其形状极其不规则，含有大量的曲面及凹槽。

这也是本设计中三维建模的重点与难点，现以斜道区为例简要介绍其三维建模过程。

砌砖图：斜道区的建模是从下往上一层一层进行的，由于斜道区的砖层比较多，且每

一层砖的砖型及尺寸有很大差异，这就要求在每一层砖的“砌筑”过程中需对不同砖型建

立大量的三维模型单体。在SketchUp中即表现为大量的砖型组件。

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本文标签： 焦炉 结构 系统 建模

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