基于虚拟现实技术的电力安监仿真培训系统

王冬冬

采用虚拟现实技术建设电力安监仿真培训系统能够借助三维建模、碰撞检测和交互控制等技术，为系统提供操作控制、仿真故障处理、事故演习等功能。在虚拟现实技术支撑下的电力安监仿真培训系统能够在有限的时间和空间内提高电力操作人员的综合素质，保证电力系统安全稳定运行。

【关键词】电力安监 虚拟现实 仿真培训

电力安全生产管理到电力系统的安全稳定运行和电力企业生存发展，电力企业为了提高职工队伍的综合素质和安全生产能力，一方面需要提高安全生产的硬件水平，另一方面需要加强职工的安全培训。基于虚拟现实技术的培训方式能够在有限的空间和时间内提供大容量信息、多向演示、模拟生动和身临其境的感受。

1 电力安监仿真培训系統

1.1 电力安监仿真培训系统简介

电力安监仿真培训系统采用计算机技术、网络通信技术，采用虚拟现实的方法为电力企业提供了一个虚拟的电力安全教育培训平台。该系统基于虚拟现实技术，综合运用了3D动画、图形图像、声音等多种媒体形态模拟电力现场作业的实际情况，通过交互的方式呈现电力标准化作业流程和安全规程。

1.2 电力安监仿真培训系统功能

电力安监仿真培训系统具备正常的操作控制、仿真故障处理、事故演习等功能，并能够进行变电站、线路、安全工具等操作培训。电力安监仿真培训系统能够实现的基本培训功能有：现场漫游、电路图、安全工具规范操作、运行操作、维护检修、评价与考核。

现场漫游能够从不同角度帮助培训人员了解工作现场的环境，以便于掌握在不同工作环境下需要掌握的基本工作技能。在电力安监仿真培训系统中通过电路图来介绍电路图，模拟电流的流向以及各种设备的动作等，便于培训人员对于电路图的熟悉。电力生产人员掌握各种安全工具的性能和用途，并且掌握使用它们的正确方法能够不仅能够保证工作人员的安全，而且能够有效保证企业安全生产的正常进行。运行操作培训能够帮助运行人员快速掌握运行原理、运行规程等基本知识，并且提供给受训人员身临其境的感觉，提高其基本操作控制技能。维护检修培训功能能够在虚拟平台下进一步提升检修人员的业务水平，解决了电力安全培训过程中不够逼真的问题。评价与考核通过提供客观反映来对学员的实际操作能力进行全面准确的评价，而且便于学员进行自我评价。

2 电力安监仿真培训系统开发工具

电力安监仿真培训系统中运用虚拟现实技术，相对于传统培训系统能够创造处逼真的场景，通过培训人员在虚拟场景中与场景中的人或物进行交互来提高其专业技能和在不同场景下运用专业技能解决问题的能力。虚拟现实技术支持下的电力安监仿真培训系统的特点是其培训虚拟场景的逼真性，虚拟场景实现的基础是三维图形引擎，OGRE引擎能够实现跨平台高效实现虚拟场景的创建，并且提供了许多附加功能加速图形的应用开发。OGRE引擎是一个开发源码的自由软件，拥有标准组件并可扩展的3D渲染系统，并且保留了可扩展接口库。MultiGenCreator和3DMax相结合能够创建逼真的三维模型，两者相配合使用能够在实时仿真领域为模拟训练、城市仿真等领域创建生动逼真的场景。

3 电力安监仿真培训系统采用的主要技术

3.1 三维建模

三维技术是随着计算机软硬件技术的发展而产生的一门新兴技术，设计师在虚拟的三维世界中根据需要表现的对象的尺寸形状建立模型和场景，再根据要求设定运动轨迹和其他参数。虚拟现实环境下三维建模是虚拟培训系统建立的基础，三维建模不仅要求模型的几何形状生动逼真，而且所设计的物体的物理特性和运动特征要符合认知特点。在进行三维建模过程中将三维物体的几何尺寸大小、纹理照片作为原始数据，建立模型数据库为电力安全仿真培训系统提供逼真的场景。三维建模创建的场景是电力安监仿真培训系统的基本场景，良好的三维场景能够为培训人员进行交互行动学习基本技能奠定良好的基础。三维技术与虚拟现实技术进行有机结合能够准确反映电力设备的综合信息，在多场景之间进行的综合培训更加逼真。

3.2 碰撞检测

碰撞检测是虚拟现实技术中不可或缺的部分，在虚拟现实的场景中如果缺乏碰撞检测，不同对象相碰时不会产生现实世界中的碰撞效果，如“穿墙而过”等在现实世界中不可能产生的现象，严重影响虚拟现实场景的逼真性。碰撞检测算法能够有效测算出不同场景下人、物的运动轨迹，以及由此产生的结果，为电力安监仿真培训系统提供更真实的场景，并为在其中进行运动的人、物的运动轨迹或运动结果产生预测，为交互行为产生的结果提供设计依据。电力安监仿真培训系统中包含着不同的虚拟场景，每一个虚拟场景中包含了若干静止或运动的物体，进行碰撞检测运算能够有效提高虚拟场景的逼真感。

3.3 交互控制

虚拟现实培训系统中需要具备良好的人机界面实现人机交互，在电力安监仿真培训系统中采用可视化的人机界面进行交互，能够为用户操作三维场景中的物体提供便利。交互控制相对于传统的培训系统，能够有效提高培训人员的学习积极性和学习兴趣，与环境进行交互能够有效提升培训人员的学习效果。交互设计能够让培训系统更便于满足目标用户的期望，在与场景进行交互的过程中掌握各种交互控制方式，及时对于行为动作进行强化。良好的交互性能够为电力安监仿真培训系统提供真实的沉浸感，培训人员通过控制系统与场景中的人或物进行交互，能够有效提高培训人员的专业技能和在不同场景下的综合能力。

4 结束语

基于虚拟现实的电力安监仿真培训系统将实用性和有效性融合起来，通过灵活的程序控制来满足电力作业人员培训需求。电力安监仿真培训系统能够使受训者在不同的地点进行培训，突破了时间和空间的限制，为电力作业人员培训带了极大的便利，有效提高了电力企业的工作能力。

参考文献

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作者单位

国网辽宁省电力有限公司技能培训中心 辽宁省锦州市 121000