虚拟现实技术在电力培训中的应用

刚家林

摘 要：自虚拟现实技术出现以来，使得现代教育培训发生了极大的改变。深入探究其本质性的原因所在即为虚拟培训方式具有着传统培训方式所无法比拟的优势特性。虚拟教育培训即为借助于虚拟现实技术来实现对于现实生活空间的真实模拟，促使接受培训的人员能够最大程度的感受到培训的真实性。在虚拟现实技术当中通过应用各类性能优异的交互式设备在视觉、听觉以及触觉等感官之上促使学员能够对于虚拟环境当中各类事物予以准确的感知，从而有助于其实际操作技术水平的提升。该文主要就虚拟现实技术在电力培训当中所具备的优越性能予以了详细的论述，希望能够为相关的电力培训工作提供一些参考、借鉴。

关键词：虚拟现实 电力培训 三维场景 模型构建

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0102-02

虚拟现实技术的出现为人机交互界面的发展带来了新的研究领域，同时也使得智能工程的研究与应用具备了新的工具手段。此种技术手段最为显著的特征之一即为通过计算机来产生出一种由人为性所虚构出来的环境空间，此种基于虚拟条件下的环境空间是利用计算机图形来构建出三维空间，亦或是将现实环境的各种数据采集后录入到计算机当中并形成极具真实性的“虚拟环境”，进而促使用户可在视觉体验上获得一种存在于虚拟环境之中的感觉。该文将重点就虚拟现实技术在电力培训当中的实际应用情况展开具体的探讨。

1 虚拟现实技术

1.1 概念及特点

1.1.1 虚拟现实概念

虚拟现实是借助于计算机来创造出一种虚拟化的空间环境，借助于多种传感设备来促使用户能够直接进入到相应的环境当中，从而达到用户与所对应环境之间的直接交互。在此方面所提到的虚拟化空间环境即为计算机所产生出的具备表面色彩的立体化图像，其可以是某种特定现实空间的真实再现，亦可以是完全的凭空构想。在进行人与机器的交互过程当中所需要应用到的设备主要包括立体头盔、数据手套、数据衣物等，并将之穿戴于身上来实现与虚拟空间的交互。

1.1.2 技术特点

虚拟现实技术所包含的技术特点主要体现在以下3个方面：

第一，沉浸性。即为计算机操作者作为主导者沉浸到虚拟空间当中，借助于多维方式以及计算机所创造出的虚拟环境来实现人机交互，可促使参与者全方位的沉入计算机所产生出的三维虚拟环境之中，并由此形成身临其境的感受。

第二，交互性。即为操作人员和虚拟环境所遭遇不同对象间的互相作用能力，其是实现人机和谐的核心要素。交互性就涵括了目标对象的可操作以及用户由环境之中所取得的反馈程度，以及在虚拟环境当中物体基于物理规律的运动程度等。

第三，构想性。即为借助于虚拟现实技术，定量及定性的综合集成环境之中互相结合，从而促使人们对相应的概念达到深度认知并由此产生出新的想法，将人的创造性思维充分地发挥出来。

1.2 关键技术

在虚拟现实技术当中所主要包括的核心技术主要有以下几方面：

第一，对三维立体图像的实时生成。此项技术手段目前已经十分成熟，在诸多领域当中已经得到了广泛的普及应用，尤其是以动漫作品的制作尤为普遍。此项技术的难点即为在不对图像的质量及容量产生影响的前提下，怎样能够增强刷新频率将是目前对于此项技术的主要研究重点。

第二，立体显示与传感技术。要实现虚拟现实技术最重要的底层核心技术即为立体现实与传感器技术。目前所现存的虚拟现实技术设备依然还无法满足于对虚拟现实系统的构建需求，因而不断增强对新型三维显示技术的研发工作尤为重要。

第三，系统集成技术。鉴于虚拟现实系统之中涵括有数量十分庞大的感知型数据信息及模型，因而系统集成技术的作用价值十分重要。在此种技术当中重点就包括了信息同步、模型标定、数据转换及管理等技术内容。

2 构建虚拟电力培训系统

2.1 虚拟电力培训系统

在电力系统之中，电本身便具有极大的危险性，在电力资源生产的每一个环节当中均有可能存在有大量的安全隐患问题，同时也并不是每个现场都可进入；并且电力设备往往价值不菲，一旦出现安全事故便会造成极大的经济财产损失。而运用虚拟现实技术来对相关的受训人员开展培训工作，不但能够极大地降低资金花费，降低危险性因素，还可促使相关的各个环节能够更加紧密的联系起来，促使接受电力系统培训的员工能够对电力系统有一个全面性的了解，使其能够学习到在现实培训当中甚至都无法接触到的内容。针对电力培训工作的实际情况，可设计出一套电力培训系统，在这一系统当中应当涵括有电力系统断路器、变压器、开关等系统在正常工作之时的技术原理，同时针对电路系统在出现故障问题之后，对于每一个系统的工作与维修等内容也应当予以相应的培训。

2.2 三维场景模型构建

2.2.1 构建三维模型

人在获取外界信息之时超过70%的信息是通过视觉所获得的。因而，构建虚拟现实系统的核心关键便是对于真实场景的构建，其中就包括了三维模型、声音等。因此，虚拟现实系统的构建其中大量的工作内容是对于三维模型的构建。

（1）对于较为简易的模型可应用之中所提供的基础模型来进行与模型的构建；针对不规则的模型则可应用进行曲面及细分曲面的模型构建。

（2）应用放样建模之时，可将放样同、、、

、等诸多方法共同结合应用，从而便可以较为简易的放样来构建出复杂模型，从而最大程度的避免模型冗余产生出较小模型。

（3）应用柔性选择方式部分选取顶点，进而于变换顶点的过程当中达到光滑、柔和的作用，特别是针对构件较为复杂的模型之时十分有效。

（4）针对不同系统元件之中液体油的流动趋势采用平面贴图的方法来予以模型构建，可借助于来对液体的流动趋势进行模拟编辑，进而促使粒子系统的复杂程度能够得以简化。

2.2.2 实现三维场景

基于对三维模型的构建，之后便可应用已经建成的模型来生成三维场景。在此方面可选用OpenGL，其中一项主要的功能即为各类模型数据的获取，而无须将三维物体模型数据编写成完全固化的格式。从而，也便可借助于三维建模软件的强大能力来构建出真实性极强的电力系统元件模型，之后便可利用OpenGL来生成三维场景，从而也就实现了对于模型构建步骤的简化处理。

2.2.3 实现系统交互

构建电力培训系统，不但需要建立起三维场景模型，同时还需要通过一个友好的人机界面来达到有效的人机交互，最终实现对培训效果目标的达成。在电力培训系统当中的界面设计应选用可视化人机界面交互形式，于界面之中向受训人员明确告知可对三维场景模型所采取的操作方式，如平移、旋转、拉伸、观看元件工作原理演示视频、元件与相关联的工作元件联合演示、发生故障问题后的抢修处理方式等。至此，受训人员无须接受专业的系统化培训也便能够针对场景模型实施操控，并最终达到培训目的。

3 结语

总而言之，目前虚拟现实技术已经在教育培训中得到了大规模的应用，且应用效果较为良好，借助于对该系统的实际应用，为授课教师及学员的培训提供了极大地便捷性，能够促使他们掌握一些在日常实践过程中所难以掌握到的知识细节，使学员能够快速掌握设备操控技巧，增强其技术水平。在电力培训过程中通过应用虚拟现实技术所能够取得的教育培训效果是十分显著的。

参考文献

[1] 李思俊，陈义忠.基于虚拟现实技术的带电作业仿真培训系统研究及运用[C]//第二届全国输配电技术协作网年会暨2013中国国际输配电技术创新与应用交流会论文集.2013.

[2] 陈玲.论电力系统仿真虚拟培训[J].现代商贸工业，2011， 23（16）：254.