周渝 蒲大森 冯旭东
摘 要 虚拟现实技术目前已广泛应用于各个领域且取得良好效果。本文以基于生产现场的风电厂VR实训系统为例,重点介绍在现有技术和HTCvivi眼镜设备基础上,建立一個基于PC机的风电厂VR实训系统;利用3DS MAX 建立三维模型并导入unity实现三维场景控制与交互技术等内容。
关键词 虚拟现实;虚拟培训;VR技术;安全培训;三维模型
引言
虚拟现实技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种新型实用技术。被称为是进入另一个世界的新工具,是创造巨大财富的产业[1]。本课题希望在现有技术和HTCvivi眼镜设备的基础上,建立一个基于PC机的风电厂VR实训系统;利用3DS MAX 建立三维模型并导入到unity实现三维场景控制与交互技术,从而在风电厂安全培训和运检实操培训中进行培训的应用与研究。
1风电厂VR实训系统的研究与设计
1.1 虚拟培训系统的概念
所谓虚拟培训系统,是指利用虚拟现实技术生成的一类适于进行教育培训的虚拟环境,可是某一现实世界培训基地或设施的真实实现,也可是虚拟构想成的世界。
1.2 虚拟培训系统的特征
(1)仿真性
在虚拟现实技术支持下,虚拟与真正的培训设施功能相同,操作方法一样。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辨真假的程度。
(2)超时空性
虚拟培训环境能够将过去、现在、未来世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机组合,并可随时随地提供给学员进行培训。
1.3 风电厂VR实训系统的设计
(1)系统设计目标
该系统主要利用三维建模软件3DSMAX构建风电厂升压站和风机塔筒的相关模型,利用unity调用3DSMAX模型实现三维场景控制,使员工“真实”操作,掌握工作流程以及风电厂中易发生的火灾等事故的体验与应急处置操作。
(2)系统的功能
1)实操培训
操作技能培训主要针对的是高级培训学员和一线检修人员,利用人机交互,结合HTCVIVI眼镜套装设备的应用,进行模拟检修操作。虚拟现实技术除了能够自动播放整个检修过程外,还能够在虚拟的环境下演示正确的检修顺序,并以文字说明的方式更加规范的完成零部件拆装等操作[2]。
2)虚拟体验
主要模拟风电厂中容易发生的火灾与跳塔逃生、高坠等事故的体验与应急处置。让学员在相对安全的虚拟环境中体验事故的发生从而达到警示教育的目的。
(3)系统使用的软、硬件平台
1)三维建模软件3DS MAX
3DS MAX是一个功能强大的三维建模软件,与其他虚拟现实建模软件相比它具有建模技术强、 方法多等特点。
2)unity引擎
Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具,是一个全面整合的专业游戏引擎。
3)HTC VIVI眼镜
HTC Vive是由HTC与Valve联合开发的一款VR虚拟现实头盔产品。 有Valve的SteamVR提供的技术支持, 因此在Steam平台上已经可以体验利用Vive功能的虚拟现实游戏。
(4)关键技术与实现的研究
1)三维模型差值算法
运用3DsMax软件针对风力发电机组进行空间三维建模,使用空间差值方法,将三维实体模型数据转变成三维空间虚拟场景数据。选择反距离权重差值算法,具体关系:
图1:Mi为控制点i的加权平均测量值;Mz为点z的估计值;di为控制点i与点z的间距大小;N为估算中用的控制点数目;r为指定点的幂数,r取值2。
图2:定义了6个顶点,m1-m6分别代表了三维实体零件6个数据,风机模型复杂程度低一些,最常用的r=2的距离的平方反比算法,确定出平面上的定点z,对应虚拟现实系统中的部件模型。
图1 各个样品点的具体关系 图2 反距离权重差值算法实例
2)三维建模技术
三维建模技术就是创造一个虚拟风力发电的环境,要对风电设备实际现场的环境了解,采集现场外围环境、型号、运行时的数据和装配位置[3]。
2结束语
通过虚拟现实技术对整个风电厂进行真实场景还原重建,使受训人员不进入现场,能够实时进行风机箱变及升压站开关柜的检修,同时能够体验在作业中遇到的各种事故,学习各种应急措施。
参考文献
[1] 胡庆夕,苏建明,张续红.聚焦虚拟现实技术[J].机电一体化,2002 (6):6-11.
[2] 王佳.风力发电机组虚拟检修系统关键技术的研究与实现[J].黑龙江科技,2019(2):114-115.
[3] 刘子韬.基于Virtools的水轮机虚拟检修系统[J].水力能源科学, 2017(25):203-204.
作者简介
周渝(1982-),男;学历:大专,职称:高级技术工程师,现就职单位:重庆市科源能源技术发展有限公司,研究方向:虚拟现实技术领域。