基于虚拟现实技术的电力试验培训系统

Iloy

电力系统运行是电力安全生产的重要环节，因为高压电力电气试验极具危险性，其高度可靠性和高度安全性对运行人员要求极高，不仅需要掌握相关的理论知识，还要具备熟练的实际操作能力。

自八十年代我国引进第一套火电机组仿真培训系统以来，已先后开发了核电站仿真培训系统、变电站仿真培训系统、电网调度仿真培训系统等，但是随着计算机技术与网络技术的快速发展这些系统已经逐渐不适应数字时代的发展，比如基于物理的培训系统需要专用的设备实现，设备不仅结构复杂体积大，而且价格昂贵，学习人员不得不花费大量的时间和精力到专门的培训部门学习，这大大地限制了学习人数和学习质量。因此，近年来我们的科研人员采用国际先进的虚拟现实技术与网络技术研发出具备交互性、沉浸性、扩展性的虚拟现实电力实验培训系统，采用虚拟现实电力实验培训系统可以是学员在培训的过程中始终感觉自己在现场进行真实培训。系统采用先进的交互设备在视觉、听觉、触觉上对虚拟环境中的事物进行感知，有利于实际操作技术的提高。
方案核心：
在此系统中，研发人员结合三维扫描器（如：Polhemus FastScan 双摄像头3D激光扫描仪、Creaform Handyscan VIUscan 彩色3D激光扫描仪、solutions HDI ADVANCE R2 3D光学扫描器等）
方案特色：
虚拟现实电力实验培训系统的构建，除了建立三维模型及场景外，还要有一个和谐人机界面来实现人机交互，达到良好的培训效果，系统采用可视化的人机界面交互方式，学员采用各种交互设备（如：A.R.T.光学动作捕捉系统、CyberGlove II 虚拟现实数据手套、 HAPTION 力反馈设备等）。
系统集成 ：
该解决方案主要包含3D立体展示系统和3D实时交互系统两大部分组成，每部分又有多种实现方式，客户可以根据预算和应用要求，自行选择合适的实现方式及相关设备。
一、3D立体展示系统
3D立体展示系统是虚拟现实的一个实现方式。3D立体展示系统主要有以下几种实现方式：多通道立体展示系统（主动立体投影显示、被动同步立体投影显示）立体显示器、头戴式立体显示器三种主要的实现方式，下面分别介绍。
1、多通道立体展示系统
多通道立体展示系统，或柱面（多墙面）立体投影系统是指是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统。

2、立体显示器
立体显示器包括裸眼立体显示器和偏振立体显示器，裸眼立体显示器是建立在人眼立体视觉机制上的新一代自由立体显示设备。它能够出色的利用多通道自动立体现实技术，不需要借助任何助视设备（如3D眼镜、数字头盔等）。
推荐品牌：Exceptional3D裸眼立体显示器、Miracube偏振立体显示器。
3、头戴式立体显示器
头戴式立体显示器是虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。使用方式为头戴式，辅以空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，在VR效果的观察设备中。
推荐产品：eMagin Z800 3D Visor头戴立体显示器、Virtual Research VR1280 虚拟现实头戴式显示器、5DT HMD 800-40 3D 虚拟现实头戴式显示器。
二、3D实时交互系统
互动系统是基于传统的显示设备及功能，结合实时动作捕捉系统（参考：A.R.T.系统解决方案）、数据手套（参考：CyberGlove II - 22 Sensors）、位置追踪器（参考：Polhemus PATRIOT Wireless 电磁式无线追踪系统）、力反馈设备（参考：HAPTION-Virtuose 6D Desktop）等设备，通过对目标影像（如参与者）进行捕捉拍摄并由影像分析系统分析。
1、实时动作捕捉系统
实时动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由动作捕捉系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向系统提交交互数据，实现人机交互。
推荐产品：A.R.T.系统解决方案、Xsens Moven惯性运动捕捉系统、新版3DSuit惯性动作捕捉系统。
2、数据手套
数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成。
推荐品牌：CyberGlove数据手套、DGTech数据数据手套、5DT数据手套。
3、位置追踪器
位置追踪器又称空间位置跟踪器，是指作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数字头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由。
推荐品牌：Polhemus 电磁式无线追踪系统、Xsens惯性位置追踪器、Ascension电磁式位置追踪器。
4、力反馈设备
所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术，它利用机械表现出的反作用力，将游戏数据通过力反馈设备表现出来。
推荐品牌：HAPTION力反馈设备、Sensable力反馈设备。
应用领域：
使用于电力教学、电力培训、电力实验、电力设备研发与演示等领域。