三維虛擬仿真技術在電廠培訓中的應用檢視原始碼討論檢視歷史

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三維虛擬仿真技術在電廠培訓中的應用電力行業是我國經濟建設中重要的能源產業，電廠為生產生活提供源源不斷的電力能源。培訓是企業發展的重中之重，培訓質量的好壞直接關係企業員工的業務能力。

案例背景介紹

1 引言

電廠處於運行狀態時，不能在實際運行的設備上進行操作，傳統培訓模式簡單，不能很好與現實結合，顯然不能滿足行業的培訓需求。利用三維虛擬仿真技術，使得虛擬培訓成為現實，實現場景自由漫遊、設備檢修指導、操作規程模擬、事故演練教學、生產流程動畫演示，培訓內容真實可見。通過構建個性化業務模塊，建立電廠人員培訓系統，用戶可根據實際需要，選擇進入不同場景，學員自主學習代替被動接受，大大提高了學習的積極性和效率。

本文將根據京能高安屯燃氣熱電廠三維虛擬仿真培訓的應用實例進行討論。

案例實施與應用情況

2　應用實例

2.1　平台架構

· 基於C/S模式、最大限度利用客戶端計算機資源，降低服務器壓力；

· 基於web、webService等多種數據集成方式，可配置集成數據，便於集成第三方應用系統；

· 數據傳輸加密，防止數據被竊取；

· 可實現與其他應用軟件集成。網絡結構圖如1所示。

數據層提取三維模型平台的數據，服務層集成來自包含其他應用系統的功能，由通訊層負責加密傳輸，最後多平台發布。建立不同層級，各司其能，為三維虛擬仿真教學提供有力支撐，也為今後的拓展預留空間。通過將三維設計模型輕量化處理，與場景素材相結合形成模型貼圖，將貼圖與操作票內容製作動畫導入三維引擎中，最後導出三維場景。功能結構圖如圖2所示。

· 單機模式：獨立操作，無需他人配合，可操作性強。

· 聯機模式：可選擇由多人完成操作任務，參與性強。

2.3　場景製作

（1）基於三維模型

場景所需地所有模型都使用專業的設計軟件PDMS搭建完成，土建、管道、鋼結構、暖通等不同專業的模型都是按照1:1建模，真實還原現場環境，模型中包含有大量的設計屬性，並針對不同專業進行了配色。模型精細化程度高，通常整個廠區模型三角面數達到了幾百萬級別，所以設計軟件出來的模型需要進行進一步優化處理才能進行場景製作。

（2）工具自動化處理

設計軟件導出的三維模型表達比較精細，模型面數達到了百萬級別，而三維引擎的裝載能力是有一個極限的，不適合直接將設計模型直接導入三維引擎。如果不進行優化處理，導入三維引擎會造成操作卡頓、不流暢，甚至會引起整個應用程序崩潰，為了能夠製作出流暢的場景，需要對模型面數進行優化處理，在不犧牲呈現效果的前提下儘可能減少模型的三角面數。由於設計模型通常由幾百萬三角面組成，如果採用人工減面，工作量巨大，為了提高效率、節省時間，開發了一套專門針對模型減面優化的自動化工具，設計模型通過工具處理後，三角面數至少能夠減少至原來的1/5，再輔以人工調整就能夠很好地滿足場景製作要求。

（3）模型貼圖

減面優化後的三維模型針對不同專業的模型進行了配色，簡單的配色只是用來方便區分不同的專業。但是虛擬現實追求逼真，炫酷而不脫離實際，為了滿足這個要求，就需要對模型進行貼圖。貼圖通俗的理解就是把實際的圖片素材貼到模型上，使其看起來接近真實的環境。

（4）操作票分析

遊戲需要腳本來推動劇情的發展，同樣我們的場景需要有腳本來推動往下執行，而運行操作票就是我們場景的腳本。在製作場景前需要仔細分析操作票，充分溝通，分解操作票，對操作票中涉及的操作角色、步驟進行分解歸類，分別列出不同角色的操作步驟，每一操作步驟上涉及的設備模型及角色動畫。通過編輯工具編輯出每個角色的操作步驟、動作，最後導出為資源文件，作為場景製作的輸入資源。

（5）角色動畫製作

動畫以一種更為直接的方式模擬設備操作，通過畫面向學員展示正確的操作方式，給予學員視覺上的衝擊，它是場景中模擬現場操作必不可少的元素，比如通過模擬關閉一個閥門，模擬打開開關櫃等。通常情況下一個運行操作票培訓場景需要大量的角色動畫，每個角色動畫綁定到特定操作上以序列幀播放。

（6）整合資源導出培訓場景

貼圖處理的三維模型、動畫文件、操作票資源文件導入三維引擎，所有資源整合進入一個場景項目當中，通過腳本控制文件、動畫掛載，實現人機交互式操作，導出交互式操作票培訓場景。