針對(duì)3D技術(shù)在行業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行闡述，利用3D技術(shù)模擬出工作環(huán)境的三維實(shí)景。用戶可以以第一人稱或第三人稱視角在場(chǎng)景中漫游，同時(shí)和三維場(chǎng)景進(jìn)行交互，三維場(chǎng)景將根據(jù)用戶的操作做出響應(yīng)。經(jīng)實(shí)際案例開發(fā)檢驗(yàn)，三維交互模式仿真培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)感強(qiáng)，培訓(xùn)效果良好。
結(jié)合計(jì)算機(jī)3D技術(shù)和HLA技術(shù)設(shè)計(jì)出一個(gè)虛擬電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。本文將從三維實(shí)景和三維交互兩個(gè)方面對(duì)電力系統(tǒng)3D技術(shù)在行業(yè)培訓(xùn)演練。
一、計(jì)算機(jī)3D技術(shù)及其現(xiàn)狀
計(jì)算機(jī)3D技術(shù)就是將電力系統(tǒng)中設(shè)備仿真抽象為各種多邊形組合，利用計(jì)算機(jī)將這些多邊形在屏幕上顯示出來(lái)，從而創(chuàng)造出三維空間，三維空間在X軸和Y軸的基礎(chǔ)上，增加了Z軸，在由寬度和高度構(gòu)成的平面上擴(kuò)張出一個(gè)向前后延伸的空間。
各種建模軟件是計(jì)算機(jī)3D技術(shù)最典型的應(yīng)用，3dmax、maya以及面向工業(yè)建模的UG、proE等，而各種輔助軟件種類更加豐富。利用建模軟件可以制作出各種各樣或簡(jiǎn)單或復(fù)雜的三維模型，真實(shí)電網(wǎng)中的任何設(shè)備，都通過(guò)建模軟件在計(jì)算機(jī)上制作并顯示在屏幕上，然而通過(guò)建模軟件制作出的三維電力模型本身并不能發(fā)揮太大的作用，而是作為基本的素材而融入到各電力應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，正如圖片在PPT中使用。下圖即為利用3dmax制作出的隔離開關(guān)設(shè)備模型。
圖1 高壓隔離開關(guān)3D模型
二、應(yīng)用分類
計(jì)算機(jī)3D技術(shù)可以從廣義上分為渲染3D（也稱影視3D）和實(shí)時(shí)3D兩大類：渲染3D即將各種電力三維模型搭建為一個(gè)精美的場(chǎng)景，加上燈光效果由建模軟件進(jìn)行渲染計(jì)算并生成一張張清晰的圖片，這些圖片既可以單獨(dú)作為效果圖作為設(shè)計(jì)參考，也可以和其他圖片一起被加工成一段或長(zhǎng)或短的視頻；實(shí)時(shí)3D同樣是將各種三維模型搭建為一個(gè)個(gè)場(chǎng)景，也可以加上燈光效果，實(shí)時(shí)3D場(chǎng)景進(jìn)入虛擬空間，為我們常說(shuō)的虛擬現(xiàn)實(shí)。
實(shí)時(shí)3D可以在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制出實(shí)時(shí)的三維電網(wǎng)空間，用戶可以以第一人稱或第三人稱進(jìn)入到電網(wǎng)空間當(dāng)中，在三維電網(wǎng)空間的各個(gè)角落漫游。下面我們將對(duì)實(shí)時(shí)3D在電力系統(tǒng)培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行解說(shuō)。實(shí)時(shí)3D場(chǎng)景如下電網(wǎng)圖所示。
圖2 電網(wǎng)3D空間場(chǎng)景模型
三、三維交互式演練系統(tǒng)
實(shí)時(shí)進(jìn)入電網(wǎng)三維空間都屬于實(shí)時(shí)3D模型應(yīng)用，在電網(wǎng)三維交互模式下，電網(wǎng)三維空間中不再是靜止的，可以和用戶進(jìn)行互動(dòng)，就像真實(shí)的世界中當(dāng)你走到電動(dòng)門前，門會(huì)自動(dòng)打開一樣，通過(guò)三維交互模式都可以輕松實(shí)現(xiàn)。
三維交互可以對(duì)電網(wǎng)真實(shí)世界中的各種細(xì)節(jié)操作進(jìn)行模擬，用戶可以在電網(wǎng)三維空間中打開設(shè)備的控制面板，并在控制面板中點(diǎn)擊各種按鈕、開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制模擬。下圖為三維交互模式下設(shè)備操作示意。
圖3 電網(wǎng)三維交互模式下設(shè)備操作演練
四、業(yè)務(wù)培訓(xùn)
通過(guò)實(shí)時(shí)3D技術(shù)可以模擬出電網(wǎng)各種工作場(chǎng)景，用戶進(jìn)入到場(chǎng)景當(dāng)中，為崗位業(yè)務(wù)流程仿真培訓(xùn)提供了基礎(chǔ)條件；利用三維交互模擬出崗位業(yè)務(wù)流程中的所有操作，用戶可以再虛擬的培訓(xùn)場(chǎng)景當(dāng)中練習(xí)崗位業(yè)務(wù)流程中涉及到的所有操作并最終完成培訓(xùn)。
1、仿真培訓(xùn)設(shè)計(jì)案例
以“倒閘操作仿真培訓(xùn)系統(tǒng)”為例來(lái)介紹實(shí)時(shí)3D技術(shù)和三維交互在電力行業(yè)倒閘操作工作流程培訓(xùn)中的的應(yīng)用。
1.1 設(shè)計(jì)意義
倒閘操作是電力行業(yè)日常工作中設(shè)備檢修、事故和異常處理及系統(tǒng)方式調(diào)整等工作的基礎(chǔ)，牢牢掌握倒閘操作的工作流程和技術(shù)規(guī)范是每一名變電運(yùn)行人員需要具備的基礎(chǔ)技能。利用實(shí)時(shí)3D技術(shù)可以模擬出變電運(yùn)維人員的日常工作環(huán)境及電網(wǎng)三維場(chǎng)景，變電運(yùn)維人員通過(guò)三維交互模式可以在電網(wǎng)場(chǎng)景中模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和保護(hù)設(shè)備的操作，從而增加工作人員實(shí)景操作的時(shí)間，縮短從新手到熟練工所需的培訓(xùn)周期。
1.2 設(shè)計(jì)過(guò)程
系統(tǒng)將創(chuàng)建出和變電運(yùn)維人員日常工作中的工作環(huán)境及電網(wǎng)一模一樣的三維場(chǎng)景，同時(shí)設(shè)計(jì)場(chǎng)景漫游功能，允許用戶以第一人稱和第三人稱進(jìn)入到電網(wǎng)場(chǎng)景當(dāng)中并進(jìn)行漫游。如下圖即為完成的電網(wǎng)場(chǎng)景示意圖和第三人稱視角漫游示意圖。
圖4 變電所三維場(chǎng)景示意圖
圖5 第三人稱視角示意圖
其次，系統(tǒng)以三維交互的模式模擬出倒閘操作工作流程中所有的操作，如在主接線圖上拉開某開關(guān)、在GIS控柜上合上某母線側(cè)接地閘刀、在變壓器某側(cè)進(jìn)行驗(yàn)電等操作等，變電運(yùn)維人員通過(guò)在虛擬的電網(wǎng)場(chǎng)景當(dāng)中實(shí)現(xiàn)和實(shí)際工作當(dāng)中同樣的工作內(nèi)容的培訓(xùn)。如下圖即為三維交互模式下變電運(yùn)維人員模擬主接線圖操作、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作和變壓器某側(cè)驗(yàn)電操作的示意圖。
圖6 主接線操作模擬
圖7 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作模擬
圖8 變壓器某側(cè)操作模擬
五、結(jié)論
通過(guò)實(shí)時(shí)3D技術(shù)可以對(duì)真實(shí)的工作環(huán)境進(jìn)行模擬，從而加強(qiáng)培訓(xùn)的現(xiàn)場(chǎng)感，讓學(xué)員獲得類似親身經(jīng)歷的感受。三維交互模式讓學(xué)員與三維場(chǎng)景進(jìn)行交互，模擬各種業(yè)務(wù)操作，從而實(shí)現(xiàn)了再虛擬工作環(huán)境中的工作流程培訓(xùn)模擬，經(jīng)過(guò)電力行業(yè)倒閘操作仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三維交互模式電力仿真培訓(xùn)中學(xué)員學(xué)習(xí)積極性強(qiáng)，培訓(xùn)效果顯著。
