虛擬現實技術在電力培訓中的應用

剛家林

摘 要：自虛擬現實技術出現以來，使得現代教育培訓發生了極大的改變。深入探究其本質性的原因所在即為虛擬培訓方式具有著傳統培訓方式所無法比擬的優勢特性。虛擬教育培訓即為借助于虛擬現實技術來實現對于現實生活空間的真實模擬，促使接受培訓的人員能夠最大程度的感受到培訓的真實性。在虛擬現實技術當中通過應用各類性能優異的交互式設備在視覺、聽覺以及觸覺等感官之上促使學員能夠對于虛擬環境當中各類事物予以準確的感知，從而有助于其實際操作技術水平的提升。該文主要就虛擬現實技術在電力培訓當中所具備的優越性能予以了詳細的論述，希望能夠為相關的電力培訓工作提供一些參考、借鑒。

關鍵詞：虛擬現實 電力培訓 三維場景 模型構建

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0102-02

虛擬現實技術的出現為人機交互界面的發展帶來了新的研究領域，同時也使得智能工程的研究與應用具備了新的工具手段。此種技術手段最為顯著的特征之一即為通過計算機來產生出一種由人為性所虛構出來的環境空間，此種基于虛擬條件下的環境空間是利用計算機圖形來構建出三維空間，亦或是將現實環境的各種數據采集后錄入到計算機當中并形成極具真實性的“虛擬環境”，進而促使用戶可在視覺體驗上獲得一種存在于虛擬環境之中的感覺。該文將重點就虛擬現實技術在電力培訓當中的實際應用情況展開具體的探討。

1 虛擬現實技術

1.1 概念及特點

1.1.1 虛擬現實概念

虛擬現實是借助于計算機來創造出一種虛擬化的空間環境，借助于多種傳感設備來促使用戶能夠直接進入到相應的環境當中，從而達到用戶與所對應環境之間的直接交互。在此方面所提到的虛擬化空間環境即為計算機所產生出的具備表面色彩的立體化圖像，其可以是某種特定現實空間的真實再現，亦可以是完全的憑空構想。在進行人與機器的交互過程當中所需要應用到的設備主要包括立體頭盔、數據手套、數據衣物等，并將之穿戴于身上來實現與虛擬空間的交互。

1.1.2 技術特點

虛擬現實技術所包含的技術特點主要體現在以下3個方面：

第一，沉浸性。即為計算機操作者作為主導者沉浸到虛擬空間當中，借助于多維方式以及計算機所創造出的虛擬環境來實現人機交互，可促使參與者全方位的沉入計算機所產生出的三維虛擬環境之中，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境所遭遇不同對象間的互相作用能力，其是實現人機和諧的核心要素。交互性就涵括了目標對象的可操作以及用戶由環境之中所取得的反饋程度，以及在虛擬環境當中物體基于物理規律的運動程度等。

第三，構想性。即為借助于虛擬現實技術，定量及定性的綜合集成環境之中互相結合，從而促使人們對相應的概念達到深度認知并由此產生出新的想法，將人的創造性思維充分地發揮出來。

1.2 關鍵技術

在虛擬現實技術當中所主要包括的核心技術主要有以下幾方面：

第一，對三維立體圖像的實時生成。此項技術手段目前已經十分成熟，在諸多領域當中已經得到了廣泛的普及應用，尤其是以動漫作品的制作尤為普遍。此項技術的難點即為在不對圖像的質量及容量產生影響的前提下，怎樣能夠增強刷新頻率將是目前對于此項技術的主要研究重點。

第二，立體顯示與傳感技術。要實現虛擬現實技術最重要的底層核心技術即為立體現實與傳感器技術。目前所現存的虛擬現實技術設備依然還無法滿足于對虛擬現實系統的構建需求，因而不斷增強對新型三維顯示技術的研發工作尤為重要。

第三，系統集成技術。鑒于虛擬現實系統之中涵括有數量十分龐大的感知型數據信息及模型，因而系統集成技術的作用價值十分重要。在此種技術當中重點就包括了信息同步、模型標定、數據轉換及管理等技術內容。

2 構建虛擬電力培訓系統

2.1 虛擬電力培訓系統

在電力系統之中，電本身便具有極大的危險性，在電力資源生產的每一個環節當中均有可能存在有大量的安全隱患問題，同時也并不是每個現場都可進入；并且電力設備往往價值不菲，一旦出現安全事故便會造成極大的經濟財產損失。而運用虛擬現實技術來對相關的受訓人員開展培訓工作，不但能夠極大地降低資金花費，降低危險性因素，還可促使相關的各個環節能夠更加緊密的聯系起來，促使接受電力系統培訓的員工能夠對電力系統有一個全面性的了解，使其能夠學習到在現實培訓當中甚至都無法接觸到的內容。針對電力培訓工作的實際情況，可設計出一套電力培訓系統，在這一系統當中應當涵括有電力系統斷路器、變壓器、開關等系統在正常工作之時的技術原理，同時針對電路系統在出現故障問題之后，對于每一個系統的工作與維修等內容也應當予以相應的培訓。

2.2 三維場景模型構建

2.2.1 構建三維模型

人在獲取外界信息之時超過70%的信息是通過視覺所獲得的。因而，構建虛擬現實系統的核心關鍵便是對于真實場景的構建，其中就包括了三維模型、聲音等。因此，虛擬現實系統的構建其中大量的工作內容是對于三維模型的構建。

（1）對于較為簡易的模型可應用之中所提供的基礎模型來進行與模型的構建；針對不規則的模型則可應用進行曲面及細分曲面的模型構建。

（2）應用放樣建模之時，可將放樣同、、、

、等諸多方法共同結合應用，從而便可以較為簡易的放樣來構建出復雜模型，從而最大程度的避免模型冗余產生出較小模型。

（3）應用柔性選擇方式部分選取頂點，進而于變換頂點的過程當中達到光滑、柔和的作用，特別是針對構件較為復雜的模型之時十分有效。

（4）針對不同系統元件之中液體油的流動趨勢采用平面貼圖的方法來予以模型構建，可借助于來對液體的流動趨勢進行模擬編輯，進而促使粒子系統的復雜程度能夠得以簡化。

2.2.2 實現三維場景

基于對三維模型的構建，之后便可應用已經建成的模型來生成三維場景。在此方面可選用OpenGL，其中一項主要的功能即為各類模型數據的獲取，而無須將三維物體模型數據編寫成完全固化的格式。從而，也便可借助于三維建模軟件的強大能力來構建出真實性極強的電力系統元件模型，之后便可利用OpenGL來生成三維場景，從而也就實現了對于模型構建步驟的簡化處理。

2.2.3 實現系統交互

構建電力培訓系統，不但需要建立起三維場景模型，同時還需要通過一個友好的人機界面來達到有效的人機交互，最終實現對培訓效果目標的達成。在電力培訓系統當中的界面設計應選用可視化人機界面交互形式，于界面之中向受訓人員明確告知可對三維場景模型所采取的操作方式，如平移、旋轉、拉伸、觀看元件工作原理演示視頻、元件與相關聯的工作元件聯合演示、發生故障問題后的搶修處理方式等。至此，受訓人員無須接受專業的系統化培訓也便能夠針對場景模型實施操控，并最終達到培訓目的。

3 結語

總而言之，目前虛擬現實技術已經在教育培訓中得到了大規模的應用，且應用效果較為良好，借助于對該系統的實際應用，為授課教師及學員的培訓提供了極大地便捷性，能夠促使他們掌握一些在日常實踐過程中所難以掌握到的知識細節，使學員能夠快速掌握設備操控技巧，增強其技術水平。在電力培訓過程中通過應用虛擬現實技術所能夠取得的教育培訓效果是十分顯著的。

參考文獻

[1] 李思俊，陳義忠.基于虛擬現實技術的帶電作業仿真培訓系統研究及運用[C]//第二屆全國輸配電技術協作網年會暨2013中國國際輸配電技術創新與應用交流會論文集.2013.

[2] 陳玲.論電力系統仿真虛擬培訓[J].現代商貿工業，2011， 23（16）：254.