虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力培訓(xùn)中的應(yīng)用

剛家林

摘 要：自虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，使得現(xiàn)代教育培訓(xùn)發(fā)生了極大的改變。深入探究其本質(zhì)性的原因所在即為虛擬培訓(xùn)方式具有著傳統(tǒng)培訓(xùn)方式所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)特性。虛擬教育培訓(xùn)即為借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活空間的真實(shí)模擬，促使接受培訓(xùn)的人員能夠最大程度的感受到培訓(xùn)的真實(shí)性。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)中通過(guò)應(yīng)用各類(lèi)性能優(yōu)異的交互式設(shè)備在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)等感官之上促使學(xué)員能夠?qū)τ谔摂M環(huán)境當(dāng)中各類(lèi)事物予以準(zhǔn)確的感知，從而有助于其實(shí)際操作技術(shù)水平的提升。該文主要就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力培訓(xùn)當(dāng)中所具備的優(yōu)越性能予以了詳細(xì)的論述，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的電力培訓(xùn)工作提供一些參考、借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 電力培訓(xùn) 三維場(chǎng)景 模型構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（b）-0102-02

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為人機(jī)交互界面的發(fā)展帶來(lái)了新的研究領(lǐng)域，同時(shí)也使得智能工程的研究與應(yīng)用具備了新的工具手段。此種技術(shù)手段最為顯著的特征之一即為通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)產(chǎn)生出一種由人為性所虛構(gòu)出來(lái)的環(huán)境空間，此種基于虛擬條件下的環(huán)境空間是利用計(jì)算機(jī)圖形來(lái)構(gòu)建出三維空間，亦或是將現(xiàn)實(shí)環(huán)境的各種數(shù)據(jù)采集后錄入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中并形成極具真實(shí)性的“虛擬環(huán)境”，進(jìn)而促使用戶(hù)可在視覺(jué)體驗(yàn)上獲得一種存在于虛擬環(huán)境之中的感覺(jué)。該文將重點(diǎn)就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力培訓(xùn)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用情況展開(kāi)具體的探討。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1 概念及特點(diǎn)

1.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)是借助于計(jì)算機(jī)來(lái)創(chuàng)造出一種虛擬化的空間環(huán)境，借助于多種傳感設(shè)備來(lái)促使用戶(hù)能夠直接進(jìn)入到相應(yīng)的環(huán)境當(dāng)中，從而達(dá)到用戶(hù)與所對(duì)應(yīng)環(huán)境之間的直接交互。在此方面所提到的虛擬化空間環(huán)境即為計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生出的具備表面色彩的立體化圖像，其可以是某種特定現(xiàn)實(shí)空間的真實(shí)再現(xiàn)，亦可以是完全的憑空構(gòu)想。在進(jìn)行人與機(jī)器的交互過(guò)程當(dāng)中所需要應(yīng)用到的設(shè)備主要包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣物等，并將之穿戴于身上來(lái)實(shí)現(xiàn)與虛擬空間的交互。

1.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所包含的技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

第一，沉浸性。即為計(jì)算機(jī)操作者作為主導(dǎo)者沉浸到虛擬空間當(dāng)中，借助于多維方式以及計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造出的虛擬環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可促使參與者全方位的沉入計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生出的三維虛擬環(huán)境之中，并由此形成身臨其境的感受。

第二，交互性。即為操作人員和虛擬環(huán)境所遭遇不同對(duì)象間的互相作用能力，其是實(shí)現(xiàn)人機(jī)和諧的核心要素。交互性就涵括了目標(biāo)對(duì)象的可操作以及用戶(hù)由環(huán)境之中所取得的反饋程度，以及在虛擬環(huán)境當(dāng)中物體基于物理規(guī)律的運(yùn)動(dòng)程度等。

第三，構(gòu)想性。即為借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，定量及定性的綜合集成環(huán)境之中互相結(jié)合，從而促使人們對(duì)相應(yīng)的概念達(dá)到深度認(rèn)知并由此產(chǎn)生出新的想法，將人的創(chuàng)造性思維充分地發(fā)揮出來(lái)。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)中所主要包括的核心技術(shù)主要有以下幾方面：

第一，對(duì)三維立體圖像的實(shí)時(shí)生成。此項(xiàng)技術(shù)手段目前已經(jīng)十分成熟，在諸多領(lǐng)域當(dāng)中已經(jīng)得到了廣泛的普及應(yīng)用，尤其是以動(dòng)漫作品的制作尤為普遍。此項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)即為在不對(duì)圖像的質(zhì)量及容量產(chǎn)生影響的前提下，怎樣能夠增強(qiáng)刷新頻率將是目前對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的主要研究重點(diǎn)。

第二，立體顯示與傳感技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的底層核心技術(shù)即為立體現(xiàn)實(shí)與傳感器技術(shù)。目前所現(xiàn)存的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備依然還無(wú)法滿(mǎn)足于對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建需求，因而不斷增強(qiáng)對(duì)新型三維顯示技術(shù)的研發(fā)工作尤為重要。

第三，系統(tǒng)集成技術(shù)。鑒于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之中涵括有數(shù)量十分龐大的感知型數(shù)據(jù)信息及模型，因而系統(tǒng)集成技術(shù)的作用價(jià)值十分重要。在此種技術(shù)當(dāng)中重點(diǎn)就包括了信息同步、模型標(biāo)定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及管理等技術(shù)內(nèi)容。

2 構(gòu)建虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)

2.1 虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)

在電力系統(tǒng)之中，電本身便具有極大的危險(xiǎn)性，在電力資源生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中均有可能存在有大量的安全隱患問(wèn)題，同時(shí)也并不是每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)都可進(jìn)入；并且電力設(shè)備往往價(jià)值不菲，一旦出現(xiàn)安全事故便會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。而運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)對(duì)相關(guān)的受訓(xùn)人員開(kāi)展培訓(xùn)工作，不但能夠極大地降低資金花費(fèi)，降低危險(xiǎn)性因素，還可促使相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)能夠更加緊密的聯(lián)系起來(lái)，促使接受電力系統(tǒng)培訓(xùn)的員工能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)有一個(gè)全面性的了解，使其能夠?qū)W習(xí)到在現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)當(dāng)中甚至都無(wú)法接觸到的內(nèi)容。針對(duì)電力培訓(xùn)工作的實(shí)際情況，可設(shè)計(jì)出一套電力培訓(xùn)系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)涵括有電力系統(tǒng)斷路器、變壓器、開(kāi)關(guān)等系統(tǒng)在正常工作之時(shí)的技術(shù)原理，同時(shí)針對(duì)電路系統(tǒng)在出現(xiàn)故障問(wèn)題之后，對(duì)于每一個(gè)系統(tǒng)的工作與維修等內(nèi)容也應(yīng)當(dāng)予以相應(yīng)的培訓(xùn)。

2.2 三維場(chǎng)景模型構(gòu)建

2.2.1 構(gòu)建三維模型

人在獲取外界信息之時(shí)超過(guò)70%的信息是通過(guò)視覺(jué)所獲得的。因而，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵便是對(duì)于真實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建，其中就包括了三維模型、聲音等。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建其中大量的工作內(nèi)容是對(duì)于三維模型的構(gòu)建。

（1）對(duì)于較為簡(jiǎn)易的模型可應(yīng)用之中所提供的基礎(chǔ)模型來(lái)進(jìn)行與模型的構(gòu)建；針對(duì)不規(guī)則的模型則可應(yīng)用進(jìn)行曲面及細(xì)分曲面的模型構(gòu)建。

（2）應(yīng)用放樣建模之時(shí)，可將放樣同、、、

、等諸多方法共同結(jié)合應(yīng)用，從而便可以較為簡(jiǎn)易的放樣來(lái)構(gòu)建出復(fù)雜模型，從而最大程度的避免模型冗余產(chǎn)生出較小模型。

（3）應(yīng)用柔性選擇方式部分選取頂點(diǎn)，進(jìn)而于變換頂點(diǎn)的過(guò)程當(dāng)中達(dá)到光滑、柔和的作用，特別是針對(duì)構(gòu)件較為復(fù)雜的模型之時(shí)十分有效。

（4）針對(duì)不同系統(tǒng)元件之中液體油的流動(dòng)趨勢(shì)采用平面貼圖的方法來(lái)予以模型構(gòu)建，可借助于來(lái)對(duì)液體的流動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行模擬編輯，進(jìn)而促使粒子系統(tǒng)的復(fù)雜程度能夠得以簡(jiǎn)化。

2.2.2 實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景

基于對(duì)三維模型的構(gòu)建，之后便可應(yīng)用已經(jīng)建成的模型來(lái)生成三維場(chǎng)景。在此方面可選用OpenGL，其中一項(xiàng)主要的功能即為各類(lèi)模型數(shù)據(jù)的獲取，而無(wú)須將三維物體模型數(shù)據(jù)編寫(xiě)成完全固化的格式。從而，也便可借助于三維建模軟件的強(qiáng)大能力來(lái)構(gòu)建出真實(shí)性極強(qiáng)的電力系統(tǒng)元件模型，之后便可利用OpenGL來(lái)生成三維場(chǎng)景，從而也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)于模型構(gòu)建步驟的簡(jiǎn)化處理。

2.2.3 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)交互

構(gòu)建電力培訓(xùn)系統(tǒng)，不但需要建立起三維場(chǎng)景模型，同時(shí)還需要通過(guò)一個(gè)友好的人機(jī)界面來(lái)達(dá)到有效的人機(jī)交互，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)培訓(xùn)效果目標(biāo)的達(dá)成。在電力培訓(xùn)系統(tǒng)當(dāng)中的界面設(shè)計(jì)應(yīng)選用可視化人機(jī)界面交互形式，于界面之中向受訓(xùn)人員明確告知可對(duì)三維場(chǎng)景模型所采取的操作方式，如平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸、觀看元件工作原理演示視頻、元件與相關(guān)聯(lián)的工作元件聯(lián)合演示、發(fā)生故障問(wèn)題后的搶修處理方式等。至此，受訓(xùn)人員無(wú)須接受專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)化培訓(xùn)也便能夠針對(duì)場(chǎng)景模型實(shí)施操控，并最終達(dá)到培訓(xùn)目的。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在教育培訓(xùn)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用，且應(yīng)用效果較為良好，借助于對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，為授課教師及學(xué)員的培訓(xùn)提供了極大地便捷性，能夠促使他們掌握一些在日常實(shí)踐過(guò)程中所難以掌握到的知識(shí)細(xì)節(jié)，使學(xué)員能夠快速掌握設(shè)備操控技巧，增強(qiáng)其技術(shù)水平。在電力培訓(xùn)過(guò)程中通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所能夠取得的教育培訓(xùn)效果是十分顯著的。

參考文獻(xiàn)

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