凌道龙 刘英
国华电力培训学校
摘要：增强现实技术是将计算机生成的虚拟物体信息叠加到真实场景中，对现实世界进行增强，使用户在视觉、听觉、触觉等方面获得超越现实的感官体验。增强现实技术的飞速发展及其具有的沉浸性、虚实结合、实时交互和三维配准等显著特点，使得该技术在很多领域得到了广泛的应用，并且有逐步应用于火电机组实操培训的趋势。增强现实技术为传统教育培训带来了新鲜血液，同时也为教学技术带来了一场前所未有的变革，具有巨大的应用潜力和应用前景。本文主要围绕增强现实技术在火电机组实操培训中的应用进行探讨。
关键词：增强现实；火电机组；实操培训；应用前景；
随着火电技术的发展，火力发电运行的机组普遍是600MW、1000MW的大型机组，具有技术水平先进、性能指标高、自动化程度高的特点，设备的可靠性要求高，对设备检修维护和质量管理水平要求也高。设备管理人员和机组运行人员不仅要掌握火力发电的理论知识，对机组各种状态下的实际操作也必须非常熟练，尤其是事故状态下，应能快速果断地采取措施，正确处理。这就需要设备管理人员和机组运行人员经常进行学习和培训，不断积累，保持较高的技能操作水平。目前，火电机组实操培训仍然主要采用仿真机、授课等形式，存在着诸多问题。受训人员不能亲身感受发电机组实际操作，缺乏感性认识。培训的内容不够生动、培训形式更是单一枯燥。培训时看到的系统可能与实际情况相差很多，受训人员只能通过图片或视频了解一些简单的操作，培训的效果很难达到预期。因此，急需一种低成本、高效率的人员培训方式，对火电机组一线生产人员进行大规模的定期培训。
近年来，增强现实技术的飞速发展及其具有的显著特点使得该技术有了逐步应用于火电机组实操培训的趋势，近年来受到了研究人员广泛的关注。
一、增强现实技术
增强现实技术(AR)是由虚拟现实技术发展而来，是伴随着计算机技术的进步而兴起的一门新技术。它是将计算机生成的虚拟物体信息叠加到真实场景中，使虚拟的物体信息和真实的环境信息叠加到同一个画面或空间，同时呈现给用户，被用户感知，获得比真实世界更丰富的信息。与虚拟现实不同的是，增强现实是把虚拟信息融合在现实环境中，将现实世界丰富起来，构建一个更加全面、更加逼真的世界，使用户在视觉、听觉、触觉等方面获得超越现实的感受。
二、增强现实技术(AR)的特点
（一）实现真实世界与虚拟世界的完美结合
用户只需要通过相应的外部设备便可以将真实世界与电脑所生成的虚拟场景重叠成为一体，使用户在视觉上形成一个真实完整的现实场景。
（二）实时交互
增强现实技术可以实现人机交互，通过设备与增强后的现实进行交互的操作，满足实时性。现有的交互技术包括基于传统的硬件设备的交互技术、基于语音识别的交互技术、基于触控的交互技术、基于动作识别的交互技术、基于眼动追踪的交互技术等,通过这些交互方式，实现对虚拟物体高效的控制。这种交互系统具有稳定性、实时性和真实性的优点，它使交互从精确的位置扩展到整个环境，从简单的人面对屏幕交流发展到将自己融合于周围的空间与对象中。运用信息系统不再是自觉而有意识的独立行动，而是和用户的当前活动自然而然地成为一体。
（三）三维配准
为了实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加，要求虚拟信息与真实环境在三维空间位置中进行配准注册，包括用户的空间定位跟踪和虚拟物体在真实空间中的定位两个方面。用户的空间定位跟踪不仅能使虚拟信息与用户的各种感官匹配，还能将虚拟物体与周围的真实场景进行全方位精确对应；虚拟物体在真实空间中的定位是指利用计算机完成真实世界的三维建模，并检测虚拟物体特征点以及轮廓，跟踪物体的特征点，自动生成三维坐标信息，以确定虚拟物体相对于真实场景坐标系统的位置和方向。
三、增强现实技术在火电机组实操培训中的应用
“十一五”期间,国家在 863 计划的信息技术领域设立了虚拟现实专题，极大地促进了国内虚拟现实和增强现实技术的发展，取得了一批突破性的进展。
目前，广东电网教育培训评价中心投资建成的沉浸式变电虚拟仿真实操培训中心，占地面积约120平方米，可同时容纳48人开展实操培训。增强现实数字化教学培训系统可以将高度逼真、亲身体验般的沉浸感植入实操培训课程，改变传统的培训模式，提供了与实际现场高度一致的培训环境，避免了现场跟班学习时没有故障无法操作、有了故障又不敢操作的尴尬。通过在增强现实数字化教学培训系统上反复练习和训练，学员可以快速掌握事故处理的技能。该系统自上线运行以来，先后组织开展了十多期培训班，培训人数达到数百人次，培训对象来自广东各地供电公司的一线员工及广东电网公司新入职员工，培训效果达到了预期。
深圳增强现实技术有限公司联合珠江电厂、国家电网等，联合研发出针对电力巡检、设备维修、员工培训等各类场景的AR智能眼镜电力工作辅助与培训系统，助力电力改革，打破传统环境中存
在的困境。
构建基于增强现实技术（AR）的发电机组数字化教学培训系统，
利用AR技术完成对设备的识别、展示、交互等功能，可明显提高教学培训效果，有效解决目前学习形式单一，内容枯燥乏味，培训效果不佳等问题, 学员可在增强场景中模拟完成各种安全操作，给学员提供一种身临其境的感受，这将大大激发学员学习的热情，增强操作的真实性和学员安全意识，极大地降低误操作率，提高培训效率，降低培训成本。
利用增强现实技术的交互性的特征，可以将现实部件的现场检修工艺、工序以三维立体视频或动画的形式呈现出来，指导学员完成现场设备检修的技能实训，领会技术要领。学员需要观看设备结构时，AR技术可以在学员眼前浮现设备三维模型，通过手势互动实时转动设备，更好的了解设备结构。在进行设备装卸培训时，AR技术可在学员眼前浮现出虚拟的设备，通过手势来组装拆卸设备，实现大型设备、典型单体设备的现场解体和组装检修实训，提供规范的作业指导。这样的培训方式不仅可以减少真机因操作失误带来的设备损坏以及过度使用带来的磨损，且操作失误不会造成人员伤亡，节约培训成本的同时大大提高了安全性。在真机实训时，通过设备识别，AR技术能在学员眼前浮现该设备当前运行参数，并通过三维模型一步一步地引导学员进行正确的操作，使学员可以安全快捷的熟悉对设备进行的操作。
四、前景展望
将虚拟现实和增强现实技术广泛地应用到教学培训中，对于贯彻落实教育部关于“发展未来学校”和“智慧课堂改革”的设想具有重要意义。增强现实技术以其视觉、听觉和触觉一体化的感知效果、身临其境般的感受、跨越时空界限的互动体验，可最大限度激发学员的学习热情和学习兴趣，给学员提供大量亲身观察、操作以及与他人合作学习的机会，大大改善学员的认知加工过程及知识构建过程。
目前，增强现实技术在军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域得到了广泛的应用，呈遍地开花之势。随着增强现实软硬件设备的性能提升和价格降低，更多、更丰富多彩教学资源的出现，以及AR技术的不断完善，增强现实技术必将迅速普及应用到火电机组实操培训中，促进教学培训技术的快速发展，彻底变革传统教学模式，具有巨大的应用潜力和应用前景。
参考文献：
[1] 国华电力公司科技创新项目开题报告--火电机组虚拟与现实一体化教学培训系统
[2] 百度百科 词条“增强现实技术” https://baike.baidu.com/item/%E5%A2%9E%E5%BC%BA%E7%8E%B0%E5%AE%9E%E6%8A%80%E6%9C%AF/1497132?fr=aladdin
[3] 王同聚 虚拟和增强现实（VR/AR）技术在教学中的应用与前景展望 《数字教育》 2017年第1期
[4] 增强现实技术（AR） 沈夕林的博客-CSDN博客
https://blog.csdn.net/qq_39353597/article/details/103867666
[5] 国桂环、曾睿、万力勇等 增强现实技术（AR）在智慧校园建设中的应用 《现代教育技术》