電力通訊設(shè)備三維模型優(yōu)化研究

劉偉

摘要：在我國社會快速發(fā)展的背景下，我國的科學(xué)技術(shù)水平快速進(jìn)步。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對客觀現(xiàn)實世界進(jìn)行可視化逼真再現(xiàn)，衍生了眾多當(dāng)前流行的虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)，而其所構(gòu)建的虛擬環(huán)境場景是實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的現(xiàn)實物體模型是其最重要的組成部分之一，為確保虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的整體視覺呈現(xiàn)才能更加完美，將各種電力通訊設(shè)備模型進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計與處理顯得尤為重要，本文重點(diǎn)針對虛擬場景環(huán)境中的電力通訊設(shè)備三維模型進(jìn)行模型優(yōu)化方法研究。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過算法優(yōu)化，模型的頂點(diǎn)數(shù)，模型文件大小減少，系統(tǒng)運(yùn)行流暢度都顯著提高。

關(guān)鍵詞：電力通訊設(shè)備三維建模;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;LOD優(yōu)化;數(shù)量優(yōu)化;紋理優(yōu)化

引言

人們通訊的歷史悠久，由遠(yuǎn)古的烽火狼煙、千里馬到現(xiàn)在的電話電報、無線電和光纖等，通訊手段先進(jìn)了很多，也更方便了人們的日常生活。隨著日新月異的科技發(fā)展，水、陸、空都是通訊的空間，使用三維激光通訊已然成為現(xiàn)代通訊技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)。有專家預(yù)測，在理想的狀況下，用激光作載體進(jìn)行三維衛(wèi)星通信，若話路帶寬為四千赫，則可容納一百億條話路，到那時，人們的生活會越來越多彩。

1三維激光通訊的關(guān)鍵技術(shù)

1.1高功率光源

在空間光通信系統(tǒng)中，一般采用低功率主控激光器產(chǎn)生低幅度、低相位噪聲和良好頻率特性的光信號，并采用外調(diào)制器以降低啁啾，提高調(diào)制帶寬，降低串話。鑒于空間光通信傳輸距離長及空間損耗大的特點(diǎn)，要求光發(fā)射機(jī)輸出功率大且調(diào)制速率高。光源一般采用半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體泵浦的YAG固體激光器，既可作為信號光源，也可作為信標(biāo)光源。工作波長為0.8～1.5Λm近紅外波段。信標(biāo)光源應(yīng)能提供幾瓦量級的連續(xù)光或脈沖光，以便在大視場與高背景光干擾下，能快速、精確地捕獲和跟蹤目標(biāo)，可采用大功率單管或多管芯陣列組合以提高功率。信號光則選擇輸出功率為幾十毫瓦的半導(dǎo)體激光器，要求輸出光束質(zhì)量好、發(fā)散角小，又不增加望遠(yuǎn)天線的尺寸和質(zhì)量，光發(fā)射機(jī)后可接進(jìn)末級高功率放大器。

1.2高效的收發(fā)天線

為了完成系統(tǒng)的雙向互逆跟蹤，空間光通信系統(tǒng)均采用收、發(fā)合一天線，隔離度近100%的精密光機(jī)組件。由于半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量一般較差，要求天線增益要高。另外，為適應(yīng)空間系統(tǒng)，天線（包括主副鏡，合束、分束濾光片等光學(xué)元件）總體結(jié)構(gòu)要緊湊、輕巧、穩(wěn)定可靠。目前天線口徑一般為幾厘米至25cm。

2優(yōu)化方法

在模型優(yōu)化的前期做好構(gòu)建模型層級的規(guī)劃工作，針對不同層級的主要電力通訊設(shè)備的不同特點(diǎn)，選擇出與之匹配的建模方式。具體為（1）多用2D模型而少用3D模型如熔接機(jī)盒，切割機(jī)盒，開纜刀;（2）用簡單的輪廓來代替復(fù)雜形狀電子檢測工具，接頭，熔接機(jī);（3）使用紋理來代替細(xì)節(jié)描述剝線鉗，光纜剪，切割機(jī)。

在VR場景中，曲面面數(shù)較多的模型經(jīng)常采用紋理優(yōu)的方法進(jìn)行模型的優(yōu)化處理，從而得到較高的仿真效果。

表1模型優(yōu)化技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

本文針對電力通訊設(shè)備三維模型存在的問題具體優(yōu)化方法如下：

第一，對單體構(gòu)建模型簡化，控制模型的分段數(shù)，用最少的面、片數(shù)進(jìn)行模型幾何結(jié)構(gòu)的精簡，如光纜剪模型優(yōu)化。

第二，保證模型的三角面為等邊三角形。因為等邊三角形面有利于渲染及烘焙，同時鋸齒和紋理模糊現(xiàn)象較少，光纖接頭模型優(yōu)化。

第三，刪減電力設(shè)備看不見的面、各種模型之間的重疊面、各種模型之間的相交面以及因相互遮擋所導(dǎo)致的不可見的面。如切割機(jī)熔接機(jī)等模型優(yōu)化。

3發(fā)展前景和趨勢

目前基于SDH的ASON技術(shù)已經(jīng)基本成熟，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備最大交叉容量可達(dá)1.28Tbit/s，典型倒換時間遠(yuǎn)小于50ms，在我國和國際上也都已經(jīng)有了許多應(yīng)用的實例，但是尚缺乏大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用經(jīng)驗，特別是各種連接功能的應(yīng)用缺乏實例。從技術(shù)層面上看，目前的ASON系統(tǒng)還可以支持多種業(yè)務(wù)，可以認(rèn)為是ASON與MSTP的完美結(jié)合。有些ASON還具有40Gbit/s接口能力，使其傳輸容量大大提高，可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展需求。其中光網(wǎng)絡(luò)的智能化和電信機(jī)的以太網(wǎng)傳輸是光通信較為重要的發(fā)展方向。

3.1光網(wǎng)絡(luò)智能化是重要發(fā)展方向

光通信技術(shù)近40年的發(fā)展歷史，主要是以傳輸為主線的。但是隨著計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合越來越緊密，以及光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、調(diào)度、控制、生存性等各方面的需要，在光網(wǎng)絡(luò)中加入自動發(fā)現(xiàn)能力、連接控制技術(shù)和更完善的保護(hù)恢復(fù)功能，即光網(wǎng)絡(luò)的智能化是今后發(fā)展的重要目標(biāo)。其中，ASON就是典型的例子。

3.2電信級以太網(wǎng)的光傳輸將成為熱點(diǎn)

由電路型交換向分組型交換演變，是電信網(wǎng)的發(fā)展方向。因此，作為電信網(wǎng)主要傳輸方式的光傳輸網(wǎng)，其承載信號也要從以傳輸電路型信號向傳輸分組型信號過渡。以太網(wǎng)是最常用的分組信號，自1973年以太網(wǎng)發(fā)明以來的30多年里，以太網(wǎng)本身也經(jīng)歷了一次次改進(jìn)和變異，有了很大的發(fā)展。隨著以太網(wǎng)被廣泛使用，特別在電信網(wǎng)中使用，它必須適應(yīng)電信網(wǎng)的要求而發(fā)生變化，于是電信級以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。因此國際上眾多的標(biāo)準(zhǔn)化組織，都在制訂有關(guān)電信級以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，原來為傳送電路型信號而建設(shè)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，也要適應(yīng)傳輸以太網(wǎng)的要求而采用相應(yīng)的技術(shù)。總的來說，之所以以太網(wǎng)發(fā)展為電信級，主要是要吸取原電信網(wǎng)面向連接的一些特性，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可管理性、可維護(hù)性、可運(yùn)營性和安全性等等。而現(xiàn)有的光傳輸網(wǎng)絡(luò)在這些方面都是有保證的，主要是需要適應(yīng)分組型的以太網(wǎng)信號的傳輸。

結(jié)語

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電力操作培訓(xùn)系統(tǒng)中的模型優(yōu)化方法研究是當(dāng)下虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)的重要基礎(chǔ)研究之一。本文以虛擬環(huán)境中電力通訊設(shè)備模型為研究對象，探討了如何借助于3DSMax實現(xiàn)電力設(shè)備的模型制作和利用計算機(jī)圖形中的紋理渲染技術(shù)實現(xiàn)模型優(yōu)化，并得到了比較滿意的模型仿真效果，為真實復(fù)現(xiàn)虛擬環(huán)境中電力通訊設(shè)備，滿足模型逼真，強(qiáng)烈的視覺沖擊效果的需求提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。虛擬環(huán)境的建模中，目前還存在著許多的問題，建立模型庫，采用遺傳算法等優(yōu)化算法進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化可以明顯提高工作效率。

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