虛擬現(xiàn)實電力培訓仿真系統(tǒng)維護
文章來源：SouVR
作者：Frank
發(fā)布時間：2015年12月29日
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目前高壓電氣設備的操作培訓是基于實物進行的,，由于高壓導致一定的危險性存在,，且無法記錄操作者的每一步操作是否都符合規(guī)范,，交互式虛擬操作技術(shù)與電路仿真技術(shù)相結(jié)合可以建立虛擬的電氣設備和各種儀表,，操作者可以交互地選擇不同的儀表來，通過動態(tài)連線來進行各類試驗,，前臺的虛擬仿真將操作者的連接反饋給后臺的電路計算仿真,，計算結(jié)果數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)角芭_,，前臺根據(jù)計算結(jié)果顯示操作者的操作應該引起的結(jié)果，包括指針儀表,、數(shù)字式儀表等儀表顯示數(shù)據(jù),、由于電流電壓過大導致的過熱、電火花等現(xiàn)象,，從而實現(xiàn)高壓試驗的實時交互式操作仿真,。同時操作者的每一步操作動作均可以以數(shù)據(jù)和視頻的方式保存下來，供隨后的考核和評估,，也可以用于其他學員學習,。
隨著單元發(fā)電機組容量越來越大，系統(tǒng)越來越復雜,，對它的經(jīng)濟運行,、安全生產(chǎn)提出了更高的要求，仿真系統(tǒng)是實現(xiàn)這個目的的最佳途徑,。通過仿真系統(tǒng)可以優(yōu)化運行過程,，可以培訓操作人員。電力培訓仿真系統(tǒng)己成為電站建設與運行中必須配套的裝備,。早期培訓用仿真機大都包含對DCS系統(tǒng)的仿真,，但往往比較簡單，基本都是“黑盒子”模型,，與實際系統(tǒng)有著很大的差別,。其主要作用是對機組運行人員的培訓。現(xiàn)代的仿真系統(tǒng),，不但可用于對運行人員培訓,，而且可對熱控人員進行DCS組態(tài)與培訓,。
電力培訓仿真系統(tǒng),，是將仿真技術(shù)應用于電站所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)，目前主要用于人員培訓,。其稱呼還有很多,，比如電廠仿真系統(tǒng)，電站仿真培訓系統(tǒng),，電廠仿真培訓系統(tǒng),，電站模擬培訓器，電廠模擬培訓器,，電站仿真機,，電廠仿真機，等等,。
整套系統(tǒng)可以細分為三個部分,，即虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)部分,、立體顯示部分、3D實時交互部分三個部分,，下面分別介紹,。
一、虛擬現(xiàn)實支撐平臺
虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)是通過專門的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺,，開發(fā)出來一套軟件系統(tǒng),，是虛擬現(xiàn)實電力培訓仿真系統(tǒng)的靈魂部分，負責整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)運算,，同時連接和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的其他各個子系統(tǒng)的工作和運轉(zhuǎn),，并與他們共同組成一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。目前世界上常用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺有Unity3D,、Virtools等,，如今國內(nèi)也有一些虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺涌現(xiàn)出來，但是與國外的相比還是有很大的差距,。下面簡單介紹兩款虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺,。
1、Unity3D
Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓你輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲,、建筑可視化,、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型開發(fā)工具，是一款跨平臺的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺,，其開發(fā)的內(nèi)容可發(fā)布至Windows,、Mac、Wii,、iPhone和Android平臺等,。
2、Virtools
Virtools是一套整合軟件,，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式整合在一起,，如3D的模型、2D圖形或是音效等,。Virtools是一套具備豐富的互動行為模塊的實時3D環(huán)境虛擬實境編輯軟件,，可以制作出許多不同用途的3D產(chǎn)品，如網(wǎng)際網(wǎng)絡,、計算機游戲,、多媒體、建筑設計,、交互式電視,、教育訓練、仿真與產(chǎn)品展示等 。
二,、立體顯示部分
立體顯示部分為虛擬現(xiàn)實電力培訓仿真系統(tǒng)的顯示端,，為用戶提供高度逼真、高度清晰,、高度沉浸的虛擬環(huán)境,，使用戶直接置身于三維信息空間中，可以自由地使用各種信息,，并由此控制計算機,。在立體顯示部分，常用的立體顯示部分有：多通道立體顯示系統(tǒng),、桌面型立體顯示系統(tǒng),、頭戴式立體系統(tǒng)，不同類型的顯示系統(tǒng)適合不同的應用領(lǐng)域,，下面分別簡單介紹這幾種不同類型的顯示系統(tǒng),。
1、多通道立體顯示系統(tǒng)
多通道立體顯示系統(tǒng)是指采用多臺投影機組合而成的多通道大屏幕展示系統(tǒng),，它比普通的標準投影系統(tǒng)具備更大的顯示尺寸,、更寬的視野、更多的顯示內(nèi)容,、更高的顯示分辨率,，以及更具沖擊力和沉浸感的視覺效果。該系統(tǒng)可以應用于虛擬仿真,、數(shù)字城市規(guī)劃,、三維地理信息系統(tǒng)等大型場景仿真環(huán)境。系統(tǒng)按屏幕分類可分為環(huán)幕立體顯示系統(tǒng),、平板幕立體顯示系統(tǒng),、沉浸式CAVE系統(tǒng)；按投影機的分類可分為主動式和被動式立體顯示系統(tǒng),，搭建不同類別的多通道立體顯示系統(tǒng)其費用及顯示效果也不相同,，用戶可根據(jù)自己的預算及需求自行選擇。
推薦：多通道環(huán)幕投影,、沉浸式CAVE系統(tǒng)
2,、桌面型立體顯示系統(tǒng)
桌面型立體顯示系統(tǒng)通常指3D立體顯示器,，3D立體顯示器常用的有裸眼立體顯示器和偏振立體顯示器兩類,，裸眼立體顯示器不需要佩戴3D眼鏡即可看到立體效果，偏振立體顯示器需要佩戴偏振眼鏡才可以看到立體效果,，兩種類型各有優(yōu)缺點,，用戶需要根據(jù)自己的實際需要選擇合適自己的類型。
3,、頭戴式立體顯示系統(tǒng)
頭戴式立體顯示系統(tǒng)即數(shù)字頭盔，是虛擬現(xiàn)實應用中3DVR圖形顯示與觀察設備,，可單獨與主機相連以接受來自主機的3DVR圖形信號,。使用方式為頭戴式，輔以三個自由度的空間跟蹤定位器可進行VR輸出效果觀察,，同時觀察者可做空間上的自由移動,，如；自由行走,、旋轉(zhuǎn)等,，沉浸感極強，在VR效果的觀察設備中,，頭戴式立體顯示器的沉浸感優(yōu)于3D立體顯示器的虛擬現(xiàn)實觀察效果,，遜于多通道立體展示系統(tǒng)的觀察效果，在投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,，頭戴式立體顯示器可以作為系統(tǒng)功能和設備的一種補充和輔助,。
推薦產(chǎn)品：eMagin Z800 3D Visor頭戴立體顯示器、Virtual Research VR1280 虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器,、5DT HMD 800-40 3D 虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器,。
三、3D實時交互部分
互動系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的顯示設備及功能,，結(jié)合實時動作捕捉系統(tǒng)（參考：A.R.T.系統(tǒng)解決方案）,、數(shù)據(jù)手套（參考：Cyberglove II - 22 Sensors）、位置追蹤器（參考：Polhemus PATRIOT Wireless 電磁式無線追蹤系統(tǒng)）,、力反饋設備（參考：HAPTION-Virtuose 6D Desktop）等設備,，通過對目標影像（如參與者）進行捕捉拍攝并由影像分析系統(tǒng)分析，從而產(chǎn)生被捕捉物體的動作數(shù)據(jù),，再結(jié)合實時影像互動系統(tǒng)使參與者與屏幕之間產(chǎn)生互動效果的一種新型系統(tǒng),。下面將分別介紹3D實時交互系統(tǒng)中涉及的各個各種交互設備，用戶可根據(jù)需求選擇,。
1,、實時動作捕捉系統(tǒng)
實時動作捕捉技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面可以由計算機直接理解處理的數(shù)據(jù),。在運動物體的關(guān)鍵部位設置跟蹤器,，由動作捕捉系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計算機處理后向系統(tǒng)提交交互數(shù)據(jù),，實現(xiàn)人機交互,。
數(shù)據(jù)手套是虛擬仿真中最常用的交互工具。數(shù)據(jù)手套設有彎曲傳感器,，彎曲傳感器由柔性電路板,、力敏元件、彈性封裝材料組成,，通過導線連接至信號處理電路,；在柔性電路板上設有至少兩根導線，以力敏材料包覆于柔性電路板大部,，再在力敏材料上包覆一層彈性封裝材料,，柔性電路板留一端在外，以導線與外電路連接,。把人手姿態(tài)準確實時地傳遞給虛擬環(huán)境,。
3、位置追蹤器
位置追蹤器又稱位置跟蹤器,，是指作用于空間跟蹤與定位的裝置,，一般與其他VR設備結(jié)合使用，如：數(shù)據(jù)頭盔,、立體眼鏡,、數(shù)據(jù)手套等，使參與者在空間上能夠自由移動,、旋轉(zhuǎn),，不局限于固定的空間位置。操作更加靈活,、自如,、隨意。產(chǎn)品有六個自由度和三個自由度之分,，當接收傳感器在空間移動時,，能夠精確地計算出其位置和方位。該設備 消除了延遲帶來的問題,，因為它提供了動態(tài)的,、實時的六自由度的測量位置(X, Y, 和 Z 笛卡爾坐標) 和方位（俯仰角、偏行角,、滾動角）,，無論在虛擬現(xiàn)實應用領(lǐng)域,，還是在控制模擬器的投影機運動時,，還是在生物醫(yī)學的研究中,，它是測量運動范圍和肢體旋轉(zhuǎn)的理想選擇。它是快速,、精確,、而且容易使用。
4,、力反饋設備
所謂力反饋（Force Feedback）,，本來是應用于軍事上的一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)，它利用機械表現(xiàn)出的反作用力,，將游戲數(shù)據(jù)通過力反饋設備表現(xiàn)出來,，可以讓用戶身臨其境地體驗游戲中的各種效果。 力反饋技術(shù)能將游戲中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成用戶可以感覺到的效果,，例如道路上的顛簸或者轉(zhuǎn)動方向盤感受到的反作用力,，這些效果都是力反饋控制芯片“播放”出來的，
應用領(lǐng)域：
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