曾敏
云南省电力承装修试行业协会 云南 昆明 650000
摘要：虚拟现实技术也称为VR，应用在电力培训中能以比较低的成本达到培训目的。本文就对如何开展培训工作展开研究，分析虚拟现实系统的技术特征，分析如何构建虚拟现实场景，满足培训工作要求。
关键词：电力培训；虚拟现实技术；应用
引言：电力系统工作具有一定的危险性，但是传统方法下对人员的培训成本比较高，也很难保证培训工作效果。因此，可以使用虚拟现实技术开展培训，减少培训过程危险因素的影响，为培训工作创造良好条件。
1 虚拟现实技术概述
1.1 虚拟现实技术特征
沉浸感。使用虚拟现实技术能让用户完全沉浸在技术所构建的环境中，是虚拟现实技术的特征之一。虚拟显示技术沉浸感的来源主要来自视觉和听觉，可以给用户创造完全沉浸的体验。
交互性。虚拟现实技术并不仅仅向用户提供信息，其所构建的虚拟现实场景具有极高的交互性，相比传统的平面图形交互更为丰富[1]。比如可以提供眼球追踪、手势追踪等交互方式，而且可以对用户的动作做出反馈。除了上述两种交互方式，还包括肌电模拟和触觉反馈，但是对交互设备的要求比较高，而且会受到使用场景的影响。
想象性。虽然虚拟现实系统所提供的场景对用户都是一致的，但是由于用户的认知方式不同，对虚拟现实技术的使用目的不同，所以用户会通过虚拟现实场景想象来获得世界的感性、理性认识，有利于用户深化概念并产生创意。用户在使用虚拟现实技术时会主动寻求信息，而不是单纯被动接收信息。
1.2 典型的虚拟现实系统构成
虚拟现实系统大体可以分为桌面级VR、沉浸式VR、分布式VR和现实增强式AR。
桌面级VR成本较低，比较普遍的虚拟现实系统，只要工作站和桌面的屏幕作为窗口构建VR场景。该方法构建的虚拟现实场景成本很低，但是功能相对单一，所以一般应用在游戏和CAD领域。
沉浸式VR会专门使用VR头盔或者VR眼镜，VR设备会占据用户所有的视觉范围，使用户和周围的真实环境脱离完全进入虚拟空间中[2]。使用该方法能够让用户有更强的沉浸感，还会配备专门的VR手套让用户充分参与。
分布式VR将会使用网络技术将不同地区的VR设备联系起来，让多个VR使用者进入到同一个空间中，多个参与者可以在VR空间中合作，完成协同工作、游戏，达到某一个目标。
增强现实即AR技术，其作用原理在于将真实环境和虚拟环境结合，通过在真实环境中加入一部分的虚拟环境内容，或者替换一部分真实世界，来完成虚拟场景的构建和模拟工作。AR技术的开销比较小，并且交互性非常强，更能继续对实际物体进行操作满足活动需要。
1.3虚拟现实的关键技术
动态环境建模。用户会在虚拟场景中活动，虚拟系统会获取虚拟场景的动态三维数据，然后根据应用需要完成建模工作，之后可以利用三维数据构建虚拟环境模型。
实时三维图形生成。为了满足三维场景构建的需求，就需要确保三维场景的实时生成。生成过程中应该避免降低三维场景的复杂程度和真实程度，保证生成速度和提升刷新率，满足VR使用者的体验要求。
立体显示和传感。VR设备左右两个屏幕提供的图像是不同的，以便给人创造更具立体感的视觉。但是目前的三维显示技术还存在应用上的局限，仍需继续开发全新的VR工具以满足要求。
系统开发工具。
VR技术具有极高的使用价值，为了满足不同人员对VR的开发应用需要，VR系统都有专门的系统开发工具，帮助人员发挥想象力和创造性，满足相关工作场景的需求。
2 虚拟现实技术在电力培训工作中的应用方法
电力生产的任何环节中都可能存在安全隐患，采用传统方法很难进行培训工作。所以使用虚拟现实系统能减少电力系统培训的资金，更能降低培训过程中的危险，让人员充分了解电力系统工作过程中的各种情况，提升培训效果[3]。虚拟现实技术能将电力系统状况充分展现出来，使员工了解不同控制方式、操作方式对电力系统的影响，深入了解电力系统的运行规律。
2.1 三维场景的构建
虚拟现实场景中，主要通过人眼给人提供信息，因此在构建虚拟现实场景时，应该保证三维模型等场景的真实性，为提升VR场景的真实性，使用3DSMax构建三维场景，保证界面的显示效果和材质贴图，而且具有丰富的色彩和图形构建功能，能满足对电力培训中对场景逼真度的要求。场景变换的控制使用OpenGL技术，使场景具有更好的交互性。完成视觉构建的同时，也要保证声音的三维性，满足绝大部分交互性的需求。
直接使用3DSMax就能完成绝大多部分的二维和三维模型建模工作，之后可以利用曲面建模技术完成对模型曲面的构建，提升模型的细腻性。放样建模的工作中，应该将放样与缩放模型、倾斜变形、倒角变形、旋转变形结合，生成具有更复杂结构模型，也能有效控制模型的冗余，生成更多较小的模型。
为保证顶点变换时具有更光滑的效果，以及解决复杂物体顶点变换的要求，使用柔性选择法选择一部分顶点；对于系统中存在的液体流动，为了降低运算压力，可以使用平面贴图的方式建模，避免使用粒子系统导致运算过于繁琐的问题。
2.2 三维场景构建的注意事项
对虚拟现实系统建模的过程中，应该尽可能保证动态环境的逼真度，但也需要考虑硬件对虚拟现实系统产生的运算速度限制，避免3D贴图水平过高影响图像的连续性。所以在建模时也要做减法，比如在视觉不失真的情况下建立更为简单的模型，而且要避免模型中出现过多的布尔运算，以防止模型出现缺面的问题。
虚拟场景构建应充分考虑员工培训的需要，所以可以使用相机旋转切换视点，所以要使用模拟摄像技术提升真实感，而不是旋转物体展示物体。建模的过程中，也要模拟真实情况，所以应该先设计模型的零部件，然后装配不同零件获得模型。
2.3 构建三维场景
三维场景的构建使用OpenGL技术，使用该方法具有比较高的开放性和通用性，能够提供独立的窗口系统，更能移植其他使用OpenGL开发的程序，能保证开发的过程中得到更多的支持。OpenGL能读取三维物体模型，比如利用3DSMax创建的3D模型就可以由OpenGL读取，使用该方法能简化建模工作的步骤。由于使用3DSMax创造的文件并不适合OpenGL直接读取，因此在存储时还要将其导出为ASE等格式文件，OpenGL能更快地完成读取工作。
2.4 系统交互实现
完成对虚拟场景构建之后，要实现交互系统。系统应该满足平移物体、旋转物体、拉伸物体、浏览物体等操作要求，以及演示系统中各种设备的运行原理、出现故障的抢修方式。人员也可以利用相关设备直接模拟抢修、营救工作，通过对三维场景的操纵达到培训目的[4]。利用三维场景能让受训人员形成更直观的印象，更能掌握电力系统的工作原理，而且利用模拟操作也能加深对各种工作流程的记忆，提升培训效果。
结束语：虚拟现实技术可以较好地满足电力系统人员培训的要求，在实际应用中，模型的构建一方面要提升真实性，但也确保3D系统运行的连贯性。系统内应合理设置操作、原理展示等内容，让技术人员了解设备状况，提升他们的操作技能和技术水平。
参考文献：
[1]张华琛,李春华,陈宇航,彭瑞华.虚拟现实技术在电力通信专业技能培训中的应用[J].中国电力教育,2019(09):36-39.
[2]钟庭剑,宋美娇.基于虚拟现实技术在电力营销技能培训中应用的研究[J].江西电力职业技术学院学报,2018,31(12):3-5.
[3]文钧雷,付振罡,武鹏,郭佳迪,钱雨,焦捷. 基于虚拟现实技术的电力客服培训应用[A]. 中国电力科学研究院.2018智能电网信息化建设研讨会论文集[C].中国电力科学研究院:中国电子信息产业集团有限公司第六研究所,2018:4.
[4]向保林,袁高龙,孔祥海.电力培训中虚拟现实技术的应用探究[J].信息系统工程,2018(11):49.