針對3D技術在行業(yè)培訓領域的應用進行闡述，利用3D技術模擬出工作環(huán)境的三維實景。用戶可以以第一人稱或第三人稱視角在場景中漫游，同時和三維場景進行交互，三維場景將根據用戶的操作做出響應。經實際案例開發(fā)檢驗，三維交互模式仿真培訓現(xiàn)場感強，培訓效果良好。
結合計算機3D技術和HLA技術設計出一個虛擬電網仿真培訓系統(tǒng)。本文將從三維實景和三維交互兩個方面對電力系統(tǒng)3D技術在行業(yè)培訓演練。
一、計算機3D技術及其現(xiàn)狀
計算機3D技術就是將電力系統(tǒng)中設備仿真抽象為各種多邊形組合，利用計算機將這些多邊形在屏幕上顯示出來，從而創(chuàng)造出三維空間，三維空間在X軸和Y軸的基礎上，增加了Z軸，在由寬度和高度構成的平面上擴張出一個向前后延伸的空間。
各種建模軟件是計算機3D技術最典型的應用，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單或復雜的三維模型，真實電網中的任何設備，都通過建模軟件在計算機上制作并顯示在屏幕上，然而通過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用領域當中，正如圖片在PPT中使用。下圖即為利用3dmax制作出的隔離開關設備模型。
圖1 高壓隔離開關3D模型
二、應用分類
計算機3D技術可以從廣義上分為渲染3D（也稱影視3D）和實時3D兩大類：渲染3D即將各種電力三維模型搭建為一個精美的場景，加上燈光效果由建模軟件進行渲染計算并生成一張張清晰的圖片，這些圖片既可以單獨作為效果圖作為設計參考，也可以和其他圖片一起被加工成一段或長或短的視頻；實時3D同樣是將各種三維模型搭建為一個個場景，也可以加上燈光效果，實時3D場景進入虛擬空間，為我們常說的虛擬現(xiàn)實。
實時3D可以在計算機屏幕上繪制出實時的三維電網空間，用戶可以以第一人稱或第三人稱進入到電網空間當中，在三維電網空間的各個角落漫游。下面我們將對實時3D在電力系統(tǒng)培訓領域的應用進行解說。實時3D場景如下電網圖所示。
圖2 電網3D空間場景模型
三、三維交互式演練系統(tǒng)
實時進入電網三維空間都屬于實時3D模型應用，在電網三維交互模式下，電網三維空間中不再是靜止的，可以和用戶進行互動，就像真實的世界中當你走到電動門前，門會自動打開一樣，通過三維交互模式都可以輕松實現(xiàn)。
三維交互可以對電網真實世界中的各種細節(jié)操作進行模擬，用戶可以在電網三維空間中打開設備的控制面板，并在控制面板中點擊各種按鈕、開關，實現(xiàn)對設備的控制模擬。下圖為三維交互模式下設備操作示意。
圖3 電網三維交互模式下設備操作演練
四、業(yè)務培訓
通過實時3D技術可以模擬出電網各種工作場景，用戶進入到場景當中，為崗位業(yè)務流程仿真培訓提供了基礎條件；利用三維交互模擬出崗位業(yè)務流程中的所有操作，用戶可以再虛擬的培訓場景當中練習崗位業(yè)務流程中涉及到的所有操作并最終完成培訓。
1、仿真培訓設計案例
以“倒閘操作仿真培訓系統(tǒng)”為例來介紹實時3D技術和三維交互在電力行業(yè)倒閘操作工作流程培訓中的的應用。
1.1 設計意義
倒閘操作是電力行業(yè)日常工作中設備檢修、事故和異常處理及系統(tǒng)方式調整等工作的基礎，牢牢掌握倒閘操作的工作流程和技術規(guī)范是每一名變電運行人員需要具備的基礎技能。利用實時3D技術可以模擬出變電運維人員的日常工作環(huán)境及電網三維場景，變電運維人員通過三維交互模式可以在電網場景中模擬現(xiàn)場設備和保護設備的操作，從而增加工作人員實景操作的時間，縮短從新手到熟練工所需的培訓周期。
1.2 設計過程
系統(tǒng)將創(chuàng)建出和變電運維人員日常工作中的工作環(huán)境及電網一模一樣的三維場景，同時設計場景漫游功能，允許用戶以第一人稱和第三人稱進入到電網場景當中并進行漫游。如下圖即為完成的電網場景示意圖和第三人稱視角漫游示意圖。
圖4 變電所三維場景示意圖
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、在GIS控柜上合上某母線側接地閘刀、在變壓器某側進行驗電等操作等，變電運維人員通過在虛擬的電網場景當中實現(xiàn)和實際工作當中同樣的工作內容的培訓。如下圖即為三維交互模式下變電運維人員模擬主接線圖操作、現(xiàn)場設備操作和變壓器某側驗電操作的示意圖。
圖6 主接線操作模擬
圖7 現(xiàn)場設備操作模擬
圖8 變壓器某側操作模擬
五、結論
通過實時3D技術可以對真實的工作環(huán)境進行模擬，從而加強培訓的現(xiàn)場感，讓學員獲得類似親身經歷的感受。三維交互模式讓學員與三維場景進行交互，模擬各種業(yè)務操作，從而實現(xiàn)了再虛擬工作環(huán)境中的工作流程培訓模擬，經過電力行業(yè)倒閘操作仿真培訓系統(tǒng)的設計檢驗發(fā)現(xiàn)，三維交互模式電力仿真培訓中學員學習積極性強，培訓效果顯著。
