蓝小武，王亮，杨梓聪，崔锦
深圳供电局有限公司南山供电局 深圳市南山区 518000
摘要：电力系统规模的不断扩大以及电网结构的日益复杂化在相当程度上增大了电力系统的运维管理难度，电力培训仿真系统为电力系统运维管理人员提供了提升技能的平台，但是当前传统电力仿真系统已经逐渐不能满足电力系统的管理需求，在此背景下VR技术的发展与应用显著提升了电力仿真培训的效果。本文介绍了VR技术的概念与建模语言，分析了基于VR技术创建的电力仿真培训系统，展望了未来VR技术在电流仿真系统中的应用前景。
关键词：电力仿真；VR技术；运行管理；仿真建模
1引言
电力系统的运行管理专业性较强，为了保证电力系统的运行可靠性与安全性需要通过科学的电力系统培训以提高相关人员的专业技能，丰富其实践经验。但是，由于电力系统在运行过程中存在一定的危险性，因而无法直接开展电力系统的培训工作。以计算机技术为基础衍生而来的虚拟现实技术能够在相关传感设备的支持下模拟真实的视觉、听觉以及触觉等感官化虚拟场景，还可以通过鼠标、键盘以及其他终端设备实现人机交互。VR技术应用于电力仿真培训系统，可以在虚拟场景中模拟真实的电力系统工况，沉浸式的培训环境有助于调动学员的主观积极性，同时学员还可以通过人机交互设施在虚拟场景中针对某一特定工况采取多种处置措施，进而有助于提高学员的专业技术水平。
1 VR技术概述
VR技术源于上世纪八十年代Jaron Lanier提出的“Virtual Reality”一词，其指的是一种基于计算机技术创建的虚拟交互场景。经过近些年的发展，VR技术已经融合了多媒体技术、视听传感技术、计算机图形处理技术以及人工智能技术与人机交互等多种尖端技术，借助计算机等终端设备人们可以方便的实现与虚拟环境的交互。VR技术在应用过程中主要体现出沉浸性、交互性以及真实性等特征。其中，沉浸性特征主要体现在借助VR技术产生的虚拟环境能够让操作人员形成一种较为真实的融入感，操作人员可以在虚拟环境中作出各其想象中的行为；交互性则主要体现在操作人员可以通过键盘与鼠标等一些终端设备实现与虚拟环境的互动，操作者可以根据其意志影响虚拟场景；真实性则体现在操作人员需要根据现实世界的客观情况或者是常见的操作行为控制虚拟场景，进而产生一种与现实世界相似的真实感。
2 VR建模语言分析
VRML即虚拟现实建模语言，它可以在互联网上通过3D多媒体技术创建基于真实世界场景的模型，也可以按照想象创建虚拟的三维场景。3D实境通过scene graph的数据结构来实现，并可以体现出几何关系、材质、纹理、几何转换、光线以及视点与嵌套结构等3D维度下的静态特征的节点等级。建模时，用户可以使用VRML定义的54种基本节点类型建立8种类型的模型，描述出所要创建场景的外观材质贴图、几何形状、光源声音以及触碰感应等。建立相对复杂的运动模型时，可以使用Java或Java Script语言来完成。以VRML语言为基础建立的VR系统结构示意图如下图1所示。
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3 VR技术在电力仿真培训系统中的应用分析
3.1选择操作系统
Windows NT系统具有入门门槛低、容易操作，且能够同时处理多个任务，因此较为适用于仿真系统。同时，Windows NT系统在网络支撑能力方面具有良好的表现，通过简单的操作即可协调多个子系统的配合，且不同分布式节点间可以实现良好的交互，因而适用于结构相对复杂的大规模分布式仿真系统。
3.2 选择建模软件
Open GL是SGL集团开发的一种图形开发环境，它适用于UNIX、Windows系列以及Linux等多种接口形式的操作系统。为了消除或者降低运行平台对Open GL建模功能的影响，Open GL不参与所有窗口管理、输入管理或者事件响应，需要通过平台上的功能接口来实现。Open GL在渲染方面性能优异，但是由于其非可视化编程语言，因此在描述汽车、人体以及其他一些复杂三维结构的物体时需要程序员进行复杂而精准的函数计算，通过从点到线，从线到面的方式建模，建模工作量较大且建立静态模型时需要第三方工具的辅助。
Auto desk公司开发的3D Studio MAX能够实现可视化的建模，因此建立和渲染复杂模型时选择3D Studio MAX比Open GL更加便捷和高效。
3.3 创建VR场景对象模型
通常情况下复杂模型都是由一些相对简单的子模型组合而成的，这些子模型都是由相对较为基础的三维实体组成。
建立复杂模型时，第一步要通过3D Studio MAX创建一些基础性的零部件模型与子系统模型，输出3db格式结果；第二步是通过格式转换软件将3db文件转换为包含点、面以及法向量与模型间相对位置等信息的三维数据文件；第三步是调用Open GL图形库处理得到的三维数据文件，得到具备一定真实感的三维虚拟模型；最后，通过超链接Anchor节点和Inline节点重新将子场景进行组合，得到需要的组合场景。需要注意的是，为了在VR场景中得到较好临境感，需要创建虚拟仿真音响系统，借助场景产生器与视觉传感器获取视觉效果，同时通过数据手套获取具有较高真实感的触觉。
4 结语与展望
综上所述，在电力系统规模不断扩大，系统结构越来越复杂的背景下，通过电力仿真培训系统提高电力系统运行维护管理水平具有较强的现实意义。VR技术因其能够模拟出多种电力场景，学员可以与虚拟场景进行交互式的操作与培训，得到具有良好真实感的操作体验，进而能够有效提升其专业技术水平，还有助于规范其操作行为。使用VR技术建立电力仿真培训系统模型时需要合理选择建模系统与建模语言，通过相对简单的子模型组合成所需的仿真系统。
随着VR技术的发展以及其在电力仿真培训系统中应用水平的提高，未来VR技术的应用将从电力仿真培训系统转向从发电站到终端用户的动态仿真系统。在电力系统检修维护方面，应用VR技术可以根据发现的异常表现模拟得到发生故障的位置，进而有效提高电力系统的维护质量和维护效率。此外，随着人工智能技术的发展，VR技术还将加深与人工智能技术的融合，实现电力系统的智能化管理，推动电力系统的信息化发展。
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