虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力培訓(xùn)中的應(yīng)用

剛家林

摘 要：自虛擬現(xiàn)實技術(shù)出現(xiàn)以來，使得現(xiàn)代教育培訓(xùn)發(fā)生了極大的改變。深入探究其本質(zhì)性的原因所在即為虛擬培訓(xùn)方式具有著傳統(tǒng)培訓(xùn)方式所無法比擬的優(yōu)勢特性。虛擬教育培訓(xùn)即為借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)對于現(xiàn)實生活空間的真實模擬，促使接受培訓(xùn)的人員能夠最大程度的感受到培訓(xùn)的真實性。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)當(dāng)中通過應(yīng)用各類性能優(yōu)異的交互式設(shè)備在視覺、聽覺以及觸覺等感官之上促使學(xué)員能夠?qū)τ谔摂M環(huán)境當(dāng)中各類事物予以準(zhǔn)確的感知，從而有助于其實際操作技術(shù)水平的提升。該文主要就虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力培訓(xùn)當(dāng)中所具備的優(yōu)越性能予以了詳細(xì)的論述，希望能夠為相關(guān)的電力培訓(xùn)工作提供一些參考、借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實 電力培訓(xùn) 三維場景 模型構(gòu)建

中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0102-02

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)為人機交互界面的發(fā)展帶來了新的研究領(lǐng)域，同時也使得智能工程的研究與應(yīng)用具備了新的工具手段。此種技術(shù)手段最為顯著的特征之一即為通過計算機來產(chǎn)生出一種由人為性所虛構(gòu)出來的環(huán)境空間，此種基于虛擬條件下的環(huán)境空間是利用計算機圖形來構(gòu)建出三維空間，亦或是將現(xiàn)實環(huán)境的各種數(shù)據(jù)采集后錄入到計算機當(dāng)中并形成極具真實性的“虛擬環(huán)境”，進而促使用戶可在視覺體驗上獲得一種存在于虛擬環(huán)境之中的感覺。該文將重點就虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力培訓(xùn)當(dāng)中的實際應(yīng)用情況展開具體的探討。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1.1 概念及特點

1.1.1 虛擬現(xiàn)實概念

虛擬現(xiàn)實是借助于計算機來創(chuàng)造出一種虛擬化的空間環(huán)境，借助于多種傳感設(shè)備來促使用戶能夠直接進入到相應(yīng)的環(huán)境當(dāng)中，從而達到用戶與所對應(yīng)環(huán)境之間的直接交互。在此方面所提到的虛擬化空間環(huán)境即為計算機所產(chǎn)生出的具備表面色彩的立體化圖像，其可以是某種特定現(xiàn)實空間的真實再現(xiàn)，亦可以是完全的憑空構(gòu)想。在進行人與機器的交互過程當(dāng)中所需要應(yīng)用到的設(shè)備主要包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣物等，并將之穿戴于身上來實現(xiàn)與虛擬空間的交互。

1.1.2 技術(shù)特點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)所包含的技術(shù)特點主要體現(xiàn)在以下3個方面：

第一，沉浸性。即為計算機操作者作為主導(dǎo)者沉浸到虛擬空間當(dāng)中，借助于多維方式以及計算機所創(chuàng)造出的虛擬環(huán)境來實現(xiàn)人機交互，可促使參與者全方位的沉入計算機所產(chǎn)生出的三維虛擬環(huán)境之中，并由此形成身臨其境的感受。

第二，交互性。即為操作人員和虛擬環(huán)境所遭遇不同對象間的互相作用能力，其是實現(xiàn)人機和諧的核心要素。交互性就涵括了目標(biāo)對象的可操作以及用戶由環(huán)境之中所取得的反饋程度，以及在虛擬環(huán)境當(dāng)中物體基于物理規(guī)律的運動程度等。

第三，構(gòu)想性。即為借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，定量及定性的綜合集成環(huán)境之中互相結(jié)合，從而促使人們對相應(yīng)的概念達到深度認(rèn)知并由此產(chǎn)生出新的想法，將人的創(chuàng)造性思維充分地發(fā)揮出來。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)當(dāng)中所主要包括的核心技術(shù)主要有以下幾方面：

第一，對三維立體圖像的實時生成。此項技術(shù)手段目前已經(jīng)十分成熟，在諸多領(lǐng)域當(dāng)中已經(jīng)得到了廣泛的普及應(yīng)用，尤其是以動漫作品的制作尤為普遍。此項技術(shù)的難點即為在不對圖像的質(zhì)量及容量產(chǎn)生影響的前提下，怎樣能夠增強刷新頻率將是目前對于此項技術(shù)的主要研究重點。

第二，立體顯示與傳感技術(shù)。要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)最重要的底層核心技術(shù)即為立體現(xiàn)實與傳感器技術(shù)。目前所現(xiàn)存的虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備依然還無法滿足于對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)建需求，因而不斷增強對新型三維顯示技術(shù)的研發(fā)工作尤為重要。

第三，系統(tǒng)集成技術(shù)。鑒于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)之中涵括有數(shù)量十分龐大的感知型數(shù)據(jù)信息及模型，因而系統(tǒng)集成技術(shù)的作用價值十分重要。在此種技術(shù)當(dāng)中重點就包括了信息同步、模型標(biāo)定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及管理等技術(shù)內(nèi)容。

2 構(gòu)建虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)

2.1 虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)

在電力系統(tǒng)之中，電本身便具有極大的危險性，在電力資源生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)當(dāng)中均有可能存在有大量的安全隱患問題，同時也并不是每個現(xiàn)場都可進入；并且電力設(shè)備往往價值不菲，一旦出現(xiàn)安全事故便會造成極大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失。而運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來對相關(guān)的受訓(xùn)人員開展培訓(xùn)工作，不但能夠極大地降低資金花費，降低危險性因素，還可促使相關(guān)的各個環(huán)節(jié)能夠更加緊密的聯(lián)系起來，促使接受電力系統(tǒng)培訓(xùn)的員工能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)有一個全面性的了解，使其能夠?qū)W習(xí)到在現(xiàn)實培訓(xùn)當(dāng)中甚至都無法接觸到的內(nèi)容。針對電力培訓(xùn)工作的實際情況，可設(shè)計出一套電力培訓(xùn)系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)涵括有電力系統(tǒng)斷路器、變壓器、開關(guān)等系統(tǒng)在正常工作之時的技術(shù)原理，同時針對電路系統(tǒng)在出現(xiàn)故障問題之后，對于每一個系統(tǒng)的工作與維修等內(nèi)容也應(yīng)當(dāng)予以相應(yīng)的培訓(xùn)。

2.2 三維場景模型構(gòu)建

2.2.1 構(gòu)建三維模型

人在獲取外界信息之時超過70%的信息是通過視覺所獲得的。因而，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心關(guān)鍵便是對于真實場景的構(gòu)建，其中就包括了三維模型、聲音等。因此，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)建其中大量的工作內(nèi)容是對于三維模型的構(gòu)建。

（1）對于較為簡易的模型可應(yīng)用之中所提供的基礎(chǔ)模型來進行與模型的構(gòu)建；針對不規(guī)則的模型則可應(yīng)用進行曲面及細(xì)分曲面的模型構(gòu)建。

（2）應(yīng)用放樣建模之時，可將放樣同、、、

、等諸多方法共同結(jié)合應(yīng)用，從而便可以較為簡易的放樣來構(gòu)建出復(fù)雜模型，從而最大程度的避免模型冗余產(chǎn)生出較小模型。

（3）應(yīng)用柔性選擇方式部分選取頂點，進而于變換頂點的過程當(dāng)中達到光滑、柔和的作用，特別是針對構(gòu)件較為復(fù)雜的模型之時十分有效。

（4）針對不同系統(tǒng)元件之中液體油的流動趨勢采用平面貼圖的方法來予以模型構(gòu)建，可借助于來對液體的流動趨勢進行模擬編輯，進而促使粒子系統(tǒng)的復(fù)雜程度能夠得以簡化。

2.2.2 實現(xiàn)三維場景

基于對三維模型的構(gòu)建，之后便可應(yīng)用已經(jīng)建成的模型來生成三維場景。在此方面可選用OpenGL，其中一項主要的功能即為各類模型數(shù)據(jù)的獲取，而無須將三維物體模型數(shù)據(jù)編寫成完全固化的格式。從而，也便可借助于三維建模軟件的強大能力來構(gòu)建出真實性極強的電力系統(tǒng)元件模型，之后便可利用OpenGL來生成三維場景，從而也就實現(xiàn)了對于模型構(gòu)建步驟的簡化處理。

2.2.3 實現(xiàn)系統(tǒng)交互

構(gòu)建電力培訓(xùn)系統(tǒng)，不但需要建立起三維場景模型，同時還需要通過一個友好的人機界面來達到有效的人機交互，最終實現(xiàn)對培訓(xùn)效果目標(biāo)的達成。在電力培訓(xùn)系統(tǒng)當(dāng)中的界面設(shè)計應(yīng)選用可視化人機界面交互形式，于界面之中向受訓(xùn)人員明確告知可對三維場景模型所采取的操作方式，如平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸、觀看元件工作原理演示視頻、元件與相關(guān)聯(lián)的工作元件聯(lián)合演示、發(fā)生故障問題后的搶修處理方式等。至此，受訓(xùn)人員無須接受專業(yè)的系統(tǒng)化培訓(xùn)也便能夠針對場景模型實施操控，并最終達到培訓(xùn)目的。

3 結(jié)語

總而言之，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在教育培訓(xùn)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用，且應(yīng)用效果較為良好，借助于對該系統(tǒng)的實際應(yīng)用，為授課教師及學(xué)員的培訓(xùn)提供了極大地便捷性，能夠促使他們掌握一些在日常實踐過程中所難以掌握到的知識細(xì)節(jié)，使學(xué)員能夠快速掌握設(shè)備操控技巧，增強其技術(shù)水平。在電力培訓(xùn)過程中通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所能夠取得的教育培訓(xùn)效果是十分顯著的。

參考文獻

[1] 李思俊，陳義忠.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的帶電作業(yè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究及運用[C]//第二屆全國輸配電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會暨2013中國國際輸配電技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用交流會論文集.2013.

[2] 陳玲.論電力系統(tǒng)仿真虛擬培訓(xùn)[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011， 23（16）：254.