3D的虛擬網(wǎng)絡(luò)電力監(jiān)控環(huán)境的Java設(shè)計

【摘要】虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是一項基于計算機技術(shù)，將計算機等設(shè)備構(gòu)建出一個三維虛擬世界，實現(xiàn)人與虛擬世界的交互，將人與虛擬世界有結(jié)合、融為一體的技術(shù)。本文簡單介紹了利用Java 3D開發(fā)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，并展示了實現(xiàn)該技術(shù)場景創(chuàng)建、動畫設(shè)計和交互設(shè)計技術(shù)的部分關(guān)鍵代碼。該設(shè)計在開發(fā)三維視覺，實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)交互方面具有重大功能，并且在遠(yuǎn)程電力監(jiān)測系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用，在類似的監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)中也有該技術(shù)的參與。本文基于筆者多年研究實踐，旨在為相關(guān)領(lǐng)域及技術(shù)人員提供理論指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】電力監(jiān)控系統(tǒng) Java 3D 虛擬網(wǎng)絡(luò)

監(jiān)控領(lǐng)域中常常會運用到計算機技術(shù)，因為它是唯一可以實時工作狀態(tài)監(jiān)控、自動記錄發(fā)生的事件以及準(zhǔn)確執(zhí)行用戶指令的一種現(xiàn)代化技術(shù)，這些優(yōu)點使其在監(jiān)控領(lǐng)域中占有重要地位。電力設(shè)施是人類生活中必不可少的設(shè)施，利用文字和圖表方式展示監(jiān)控數(shù)據(jù)，是傳統(tǒng)計算機監(jiān)控界面的主要方式，但其無法使用戶體驗真實的現(xiàn)場感受。具有強烈的現(xiàn)實性、直觀性等是虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VRML)主要特點，Java 3D技術(shù)不僅對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行技術(shù)支持，在實現(xiàn)與JAVA的程序設(shè)計結(jié)合完成數(shù)據(jù)通信等功能方面也有重要作用?；诖?，要想實現(xiàn)呈現(xiàn)和控制現(xiàn)場環(huán)境的全景，使人機交互效果達(dá)到最佳，可以采用VRML、JAVA 3D和分布式遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合的方法，研制一種具有全新的監(jiān)控環(huán)境的電力監(jiān)測系統(tǒng)。

一、電力監(jiān)控系統(tǒng)虛擬環(huán)境的構(gòu)建

圖1展示的是電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，虛擬監(jiān)測環(huán)境具有良好的人機交互界面。以下結(jié)合該系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的應(yīng)用，對Java 3D技術(shù)開發(fā)虛擬監(jiān)測環(huán)境做出簡單介紹。

（一）Java 3D虛擬場景

Java 3D的場景結(jié)構(gòu)圖是一個不對稱的樹，如圖2所示的就是其場景結(jié)構(gòu)圖。樹根是Virtual Universe，每個Virtual Universe只存在一個虛擬場景中，雖然每個Virtual Universe上可以有多個Locale Object節(jié)點，但只有一個處于顯示狀態(tài)。在Locale節(jié)點下可以存在有多個Branch Group節(jié)點， Branch Group中可以放置幾何體(Geometry)、幾何體外觀(Appearance)等節(jié)點，Transform Group節(jié)點可以用來設(shè)置幾何體在虛擬場景中的位置。控制復(fù)雜幾何體的運動可以用Transform Group節(jié)點來嵌套。通過對View Platform的設(shè)置來顯示在三維場景中所設(shè)置的以上信息。在虛擬場景中，不僅可以對上述的基本信息進(jìn)行設(shè)置，還可以通過設(shè)置燈(lights)、背景圖片、聲音(sounds)等信息為場景增添視覺美感。

圖1 電力監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（二）電力監(jiān)控虛擬場景的創(chuàng)建

電力監(jiān)控系統(tǒng)的虛擬場景由多種電力設(shè)備模型組成，其中，簡單的幾何模型可直接調(diào)用Java3D圖形庫，復(fù)雜的設(shè)備模型則采用可視化建模工具實現(xiàn)，縮短開發(fā)周期。

Java語言優(yōu)點頗多，Java 3D技術(shù)是對其進(jìn)行的有效繼承，對多種格式的三維模型文件支持實時加載，通過提供高效的三維構(gòu)建方法和面向?qū)ο髞順?gòu)建三維系統(tǒng)的一種設(shè)計方式。電力現(xiàn)場的設(shè)備形狀不規(guī)則各異，復(fù)雜多樣，應(yīng)用Java3D直接構(gòu)建很不方便。因此，為導(dǎo)出*.DS格式的三維模型文件，可以在3DS Max軟件中創(chuàng)建電力設(shè)備的三維模型。令文件通過Java 3D加載器Loader3DS，加載存儲到虛擬場景中。Scene對象是作為一種載人圖形的容器，采用Transform Group對象來裝載導(dǎo)人圖形的三維模型，極大的方便了對虛擬設(shè)備的運動控制。三維模型文件加載過程如下:

Loader 3DS downing = new Loader3DS();

//將三維模型加載到場景中

Scene scene = downing.load(“Ul.3DS”);

System.out.Println(”seene=” + scene);

If (scene ! = 1) {

BranchGroup objRoot = new BranchGroup ();

BranchGroup bg =scene.getSceneGroup();

TransformGroup objTrans = new TransformGroup();

objTrans.setCapability TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);

objTransc.addChild(bg);

objRoot.addChild(objTrans);}

圖2 Java 3D 場景結(jié)構(gòu)圖

二、實現(xiàn)虛擬環(huán)境交互技術(shù)的條件

通過在用戶終端實現(xiàn)電力站報警指示、電力站運行狀態(tài)提示、電力站各設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)查詢和電力站設(shè)備運行狀態(tài)控制等功能，確保電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的實現(xiàn)。

由Java事件結(jié)合Java3D提供的javax.meidaj3dBehavior類的子類的處理來保障這些交互事件的實現(xiàn)。運用Java3D提供的鼠標(biāo)交互的工具類comsunj3dutilbehaviorsMouse Behavior 可以確保其在瀏覽虛擬電力場景中的實現(xiàn)。對虛擬設(shè)備的旋轉(zhuǎn)、縮放、平移動作可以通過對鼠標(biāo)左、中、右鍵的操作來實現(xiàn)。通過在類中添加監(jiān)聽器，以監(jiān)聽事件源，擴展Behavior類來完成對較復(fù)雜的交互事件的處理。

三、總結(jié)

本文對應(yīng)用VRMAL、Java3D技術(shù)創(chuàng)建虛擬三維場景下的遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)做出了基本的詳盡描述，并展示了實現(xiàn)三維虛擬電力監(jiān)控場景和交互行為的部分代碼。從上文可看出，電力監(jiān)控交互式過程的虛擬經(jīng)由JAVA通信模塊和數(shù)據(jù)操作來保障實現(xiàn)，該設(shè)計的應(yīng)用價值很大，目前正被廣泛的開發(fā)利用，其他行業(yè)可酌情參考。

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