关键词：虚拟现实技术；核电厂；事故；应急处理
虚拟现实技术是一项综合集成技术, 它的出现是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。该技术利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、嗅觉等各种感觉, 使用户通过适当装置, 自然地对虚拟现实世界进行体验和交互作用。虚拟现实对于具有放射性环境、禁止人员随意出入的核电厂更具有现实的应用价值。核电设施的操作中对人因可靠性的要求很高，核电设施事故工况的模拟是对操作员培训的必要环节。以往的培训模式，比如，书面或者视频形式的培训，很难与参与培训者产生直接的互动。随着计算机技术的发展，很多三维设计的理念被引入到了核电设计以及培训当中，但是，缺少实时的反馈，也使得这些纯模型式的培训只是“看看”而已。国内现有的虚拟仿真侧重于过程或者模型界面的仿真，但对事故工况的动态处理和实时反馈有待加强。
1 虚拟现实系统及关键技术
虚拟现实技术具有以下4 个基本特征。（1）多感知性(multi-sensory):除一般计算机技术所具有的视觉、听觉感知外, 还有力觉、触觉、甚至包括味觉、嗅觉感知等。（2）沉浸感(immersion):使用户沉浸于计算机生成的虚拟环境中和投入到计算机生成的虚拟场景中, 用户在虚拟场景中有身临其境之感, 看到的、听到的、嗅到的、触摸到的完全与真实环境中的感受相同。（3）交互性(interactivity):指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如, 用户可用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体, 这时, 手有握着东西的感觉, 并可感觉物体的重量, 视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。（4）想象性(imagination):想象性是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中, 与虚拟环境进行各种交互作用, 从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识, 从而可深化概念, 萌发新意, 产生认识上的飞跃。因此, 虚拟现实不仅是一个用户与终端的接口, 而且可使用户沉浸于此环境中获取新的知识, 提高感性和理性认识, 从而产生新的构思。这种构思结果输入到系统中去, 系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。
虚拟现实系统可分为3 类:桌面型、沉浸式和分布式。沉浸式系统是通过一些特殊的设备来实现(如头盔显示器、数据手套、三维声音输出设备等), 它的价格昂贵, 且每次每套设备只能供一人使用。
虚拟现实系统由以下五大模块构成。（1）检测模块:检测用户的操作命令, 并通过传感器模块作用于虚拟环境。（2）反馈模块:接受来自传感器模块信息,为用户提供实时反馈。（3）传感器模块:一方面, 接受来自用户的操作命令, 并将其作用于虚拟环境;另一方面,又将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。（4）控制模块:对传感器进行控制, 使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。（5）建模模块:获取现实世界组成部分的三维表示, 并由此构成对应的虚拟环境。
2 虚拟现实技术在核电事故应急中的应用
虚拟现实技术可以从数据空间向外进行观察，用户可以浸入到数据空间之中，通过对用户的研究模型进行计算机仿真，再由计算机结果控制虚拟世界的情形发生，通过感官实时显示给用户，最终实现一种交互。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.1 技术应用
虚拟现实技术的实现可以形成不同的程度和规模，虚拟的环境可大可小，大到军事演习、航天模拟，小到电脑游戏和学科仿真，通过虚拟现实技术的应用带来不同的成本投入。核电站事故本身就具有事故性质，其发生原因、破坏程度、事故勘探都具有不确定性，发生后的景象和评估结果更加复杂，这些都徒增了应用研究的难度。因此在核电站事故应急处理中应用虚拟现实技术可以起到事半功倍的效果，在核电厂的事故应急计划中，应首先选用较为容易的事例，初步尝试虚拟现实技术的应用，对核电厂中事故发生的故障损坏、排放失控等原因进行模拟分析，在这种事故下人员如何快速检测烟羽排放走向和扩散范围，计算放射性污染程度和影响范围，这些在事故应急中的重要信息采集在虚拟现实技术的模拟中都可以进行，采用这一技术利用检测车、无人机，在计算机上利用地理信息系统中的有关数据进行定性追踪仿真模拟，迅速获得数据并计算出最终结果，以供应急对策的整理和使用。
2.2 三维场景建模
为创建一个能使用户感到身临其境和沉浸其中的环境, 必要条件之一是根据需要在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象。不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象相似, 而且要求它们在形态、光照、质感等方面都十分逼真。虚拟环境的建模是建立整个虚拟现实系统的基础, 主要包括三维视觉建模。视觉建模包括几何建模、运动建模、物理建模、对象行为建模以及模型分割等。
对象的几何建模是生成高质量场景图像的先决条件, 它是用来描述对象内部固有几何性质的抽象模型, 所表达的内容包括:1)对象中基元的轮廓和形状, 以及反映基元表面特点的属性, 例如颜色;2)基元间的连接性, 即基元结构或对象的拓扑特性。连接性的描述可用矩阵、树、网络等;3)应用中要求的数值和说明信息, 这些信息不一定是与几何形状有关的, 例如基元的名称和物理特性等。
2.3 虚拟现实全景图制作
传统的虚拟现实全景图由多角度拍摄数张照片，再利用拼接技术和全景化工具软件制作而成，近些年大多相机直接就具有了集成化的拼接功能，已经成为了较为成熟的产品，使用全景相机可以直接拍摄出较高分辨率的全景图像。拍摄完成后在利用PANO2VR等软件将全景图像处理生成具有三维效果的虚拟现实模型图，在模型图中可以添加多类信息，方便与设备系统融合，进行相应的交互式体验之中。
2.4 虚拟现实系统的集成化
虚拟现实影像的采集要以房间为采集单位，最重要的是核电厂中设备的分布和分区的标准也非常适宜选用以房间为单位的划分要求。所以虚拟现实系统与核电站内其他类型的信息系统可以从房间直接按照层次划分融合，横向延伸到各个厂房之中，纵向贯穿于各个标准刻度，最终得到整个核电厂的数据。在以虚拟现实系统界面为初始界面时，就可以开始在核电厂内的数据信息采集，对于需要了解和表达出的设备，可以直接链接到设备的系统手册中，以散发式的方式得到相关信息。
3 结语
随着我国核电站机组数量的不断增加，核电厂应充分认识到事故应急处理的技术责任也将越来越大，为了在应急状态下可以有效履行各项责任，除了进一步加强相关人员的队伍建设外，还应该配备虚拟现实技术体验等技术分析设备和先进科技手段，预防性开展各种核设备事故的应急运行技术研究，将数据库信息、应用软件技术和网络技术有机融合，更安全、更到位地应用于核电厂事故应急处理技术领域，更好的保障核电厂运行的安全。
参考文献：
[1]王悦.核电站辐射防护中虚拟现实技术的应用[J].科技视界,2018(13):67-68.
[2]黄银蓉.关于核电机组虚拟仿真实训室建设的研究[J].海峡科技与产业,2017(11):90-91+94.
论文作者:王惠泽
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/12/2
标签：虚拟现实论文; 核电厂论文; 技术论文; 环境论文; 建模论文; 事故论文; 用户论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;