基于虛擬現實技術的電力安監仿真培訓系統

王冬冬

采用虛擬現實技術建設電力安監仿真培訓系統能夠借助三維建模、碰撞檢測和交互控制等技術，為系統提供操作控制、仿真故障處理、事故演習等功能。在虛擬現實技術支撐下的電力安監仿真培訓系統能夠在有限的時間和空間內提高電力操作人員的綜合素質，保證電力系統安全穩定運行。

【關鍵詞】電力安監 虛擬現實 仿真培訓

電力安全生產管理到電力系統的安全穩定運行和電力企業生存發展，電力企業為了提高職工隊伍的綜合素質和安全生產能力，一方面需要提高安全生產的硬件水平，另一方面需要加強職工的安全培訓。基于虛擬現實技術的培訓方式能夠在有限的空間和時間內提供大容量信息、多向演示、模擬生動和身臨其境的感受。

1 電力安監仿真培訓系統

1.1 電力安監仿真培訓系統簡介

電力安監仿真培訓系統采用計算機技術、網絡通信技術，采用虛擬現實的方法為電力企業提供了一個虛擬的電力安全教育培訓平臺。該系統基于虛擬現實技術，綜合運用了3D動畫、圖形圖像、聲音等多種媒體形態模擬電力現場作業的實際情況，通過交互的方式呈現電力標準化作業流程和安全規程。

1.2 電力安監仿真培訓系統功能

電力安監仿真培訓系統具備正常的操作控制、仿真故障處理、事故演習等功能，并能夠進行變電站、線路、安全工具等操作培訓。電力安監仿真培訓系統能夠實現的基本培訓功能有：現場漫游、電路圖、安全工具規范操作、運行操作、維護檢修、評價與考核。

現場漫游能夠從不同角度幫助培訓人員了解工作現場的環境，以便于掌握在不同工作環境下需要掌握的基本工作技能。在電力安監仿真培訓系統中通過電路圖來介紹電路圖，模擬電流的流向以及各種設備的動作等，便于培訓人員對于電路圖的熟悉。電力生產人員掌握各種安全工具的性能和用途，并且掌握使用它們的正確方法能夠不僅能夠保證工作人員的安全，而且能夠有效保證企業安全生產的正常進行。運行操作培訓能夠幫助運行人員快速掌握運行原理、運行規程等基本知識，并且提供給受訓人員身臨其境的感覺，提高其基本操作控制技能。維護檢修培訓功能能夠在虛擬平臺下進一步提升檢修人員的業務水平，解決了電力安全培訓過程中不夠逼真的問題。評價與考核通過提供客觀反映來對學員的實際操作能力進行全面準確的評價，而且便于學員進行自我評價。

2 電力安監仿真培訓系統開發工具

電力安監仿真培訓系統中運用虛擬現實技術，相對于傳統培訓系統能夠創造處逼真的場景，通過培訓人員在虛擬場景中與場景中的人或物進行交互來提高其專業技能和在不同場景下運用專業技能解決問題的能力。虛擬現實技術支持下的電力安監仿真培訓系統的特點是其培訓虛擬場景的逼真性，虛擬場景實現的基礎是三維圖形引擎，OGRE引擎能夠實現跨平臺高效實現虛擬場景的創建，并且提供了許多附加功能加速圖形的應用開發。OGRE引擎是一個開發源碼的自由軟件，擁有標準組件并可擴展的3D渲染系統，并且保留了可擴展接口庫。MultiGenCreator和3DMax相結合能夠創建逼真的三維模型，兩者相配合使用能夠在實時仿真領域為模擬訓練、城市仿真等領域創建生動逼真的場景。

3 電力安監仿真培訓系統采用的主要技術

3.1 三維建模

三維技術是隨著計算機軟硬件技術的發展而產生的一門新興技術，設計師在虛擬的三維世界中根據需要表現的對象的尺寸形狀建立模型和場景，再根據要求設定運動軌跡和其他參數。虛擬現實環境下三維建模是虛擬培訓系統建立的基礎，三維建模不僅要求模型的幾何形狀生動逼真，而且所設計的物體的物理特性和運動特征要符合認知特點。在進行三維建模過程中將三維物體的幾何尺寸大小、紋理照片作為原始數據，建立模型數據庫為電力安全仿真培訓系統提供逼真的場景。三維建模創建的場景是電力安監仿真培訓系統的基本場景，良好的三維場景能夠為培訓人員進行交互行動學習基本技能奠定良好的基礎。三維技術與虛擬現實技術進行有機結合能夠準確反映電力設備的綜合信息，在多場景之間進行的綜合培訓更加逼真。

3.2 碰撞檢測

碰撞檢測是虛擬現實技術中不可或缺的部分，在虛擬現實的場景中如果缺乏碰撞檢測，不同對象相碰時不會產生現實世界中的碰撞效果，如“穿墻而過”等在現實世界中不可能產生的現象，嚴重影響虛擬現實場景的逼真性。碰撞檢測算法能夠有效測算出不同場景下人、物的運動軌跡，以及由此產生的結果，為電力安監仿真培訓系統提供更真實的場景，并為在其中進行運動的人、物的運動軌跡或運動結果產生預測，為交互行為產生的結果提供設計依據。電力安監仿真培訓系統中包含著不同的虛擬場景，每一個虛擬場景中包含了若干靜止或運動的物體，進行碰撞檢測運算能夠有效提高虛擬場景的逼真感。

3.3 交互控制

虛擬現實培訓系統中需要具備良好的人機界面實現人機交互，在電力安監仿真培訓系統中采用可視化的人機界面進行交互，能夠為用戶操作三維場景中的物體提供便利。交互控制相對于傳統的培訓系統，能夠有效提高培訓人員的學習積極性和學習興趣，與環境進行交互能夠有效提升培訓人員的學習效果。交互設計能夠讓培訓系統更便于滿足目標用戶的期望，在與場景進行交互的過程中掌握各種交互控制方式，及時對于行為動作進行強化。良好的交互性能夠為電力安監仿真培訓系統提供真實的沉浸感，培訓人員通過控制系統與場景中的人或物進行交互，能夠有效提高培訓人員的專業技能和在不同場景下的綜合能力。

4 結束語

基于虛擬現實的電力安監仿真培訓系統將實用性和有效性融合起來，通過靈活的程序控制來滿足電力作業人員培訓需求。電力安監仿真培訓系統能夠使受訓者在不同的地點進行培訓，突破了時間和空間的限制，為電力作業人員培訓帶了極大的便利，有效提高了電力企業的工作能力。

參考文獻

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作者單位

國網遼寧省電力有限公司技能培訓中心 遼寧省錦州市 121000