摘要：VR虚拟仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以专用设备和计算机为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。将仿真技术引入电力技能培训，可以充分调动人的感觉、动觉和思维的学习能力，最大限度提高学员接受知识技能的效率。在电力专业技能培训中，通过仿真技术模拟生产和操作过程，学员可动手完成对生产装置的实际操作，巩固所学知识，锻炼独立工作能力，实现理论与实践的有机结合。
关键词：VR技术；电力仿真培训；应用
1 电力企业传统培训的特点
1.1 培训模式、培训方法单一
电力企业传统培训基本运用“老师讲、学员听、考试测”模式授课，从而产生培训效果不好的弊病，使员工失去对培训的兴趣。
1.2 技能培训大多“纸上谈兵”
电力行业属于高危行业，且对技能操作的要求较高。因此，技能培训的质量显得尤为重要，如何确保安全性是重中之重。由于安全、经济等多方面因素，导致很多技能培训都是“纸上谈兵”，针对性和实效性不强。
1.3 培训学员普遍缺乏学习兴趣
培训学员更多只是把培训作为一项任务或只是想混个持证上岗证书，至于通过培训能对自己工作有多少帮助并不关心。为了考试合格通过，学员通常采用死记硬背复习资料、加强考前技能练习的应试模式，对学习的兴趣较差、自主学习的意识较淡薄。
2 VR仿真技术应用于电力企业培训的优越性
借助仿真技术手段深化教学改革，实现教学训练模拟仿真化，是一场创新教学手段和方法的变革，而这场变革的核心就是模拟和仿真。仿真技术作为一项新技术，正在蓬勃发展，借助虚拟现实的技术手段，为电力技能培训打造一个全新的仿真演练平台，无疑是电力生产安全管理工作上的一次全新而又有效的改革。
2.1 安全性
作为电力培训中重中之重的安全性，虚拟的演练环境远比现实中安全。采用虚拟仿真技术，不会对演练对象如设备、仪表、元件等造成实质性损害，更不会因演练失误对学员造成人身危害。在确保人身安全万无一失的情况下，学员可以卸去事故隐患的包袱进行演练，从而大幅度的提高自身的技能水平，确保在今后实际操作中的人身与事故安全。
2.2 逼真性
仿真技术构建的演练环境是以现实操作环境为基础进行搭建的，演练规则同样立足于现实中实际的演练规范，理想的虚拟环境甚至可以达到难辨真假的程度。
2.3 针对性
与现实中的真实演练相比，通过采用仿真技术开展培训活动，可以将学员自身置于各种复杂、突发环境中去，从而进行针对性训练，提高其应变能力与相关处理技能。
2.4 趣味性
仿真技术创设形象、生动的场景，激发人的学习兴趣，使人在轻松愉快的情绪下，保持旺盛的学习热情。
2.5 自主性
利用仿真技术培训摒弃了传统“满堂灌”的旧观念，将传统培训转换为启发式培训，充分调动学员的积极性和主动性，构建平等、合作的师生关系网，引导学生自觉、积极地参与培训。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.6 经济性
一个电力运行环境的构建至少耗资百万以上，采用仿真技术模拟实际场景，大大降低了培训基地建设和维护的费用。仿真技术实现了大范围实际操作活动操作集中在实训室内，甚至是电脑系统操作中，节约了很多时间成本。
3 VR技术在电力仿真培训系统中的应用
3.1 建模仿真模型
电力设备虚拟仿真训练系统的研发，不仅需要构建虚拟训练场和虚拟装备，还需要建立和实现多专业相关设备的内部仿真逻辑，并保证能够在网络内部分布式地协调“工作”。也就是说虚拟训练系统的设计上要建立在对装备操作和训练系统的仿真上，包括场景和对象的实体仿真以及对象内部的数学仿真，对应的仿真模型则是实体模型和数学模型。
实体模型的优劣直接影响虚拟场景的真实感，数学模型的精确性则影响着虚拟训练的效果和质量。为了尽量逼真地模拟出训练场景、武器装备的外形，一般采用三维建模与绘制技术进行图像建模的方法。而数学模型的建立则是依据武器装备之间的控制关系来建立的，不同的装备之间的连接关系是不一样的，但数学建模的过程基本相同。
设计虚拟仿真系统的关键是通过合适的技术手段使数学模型与实体模型结合起来，达到一个真实训练所能感受的效果。用户借助于专用的视、听、触觉等感知设备，便可进入虚拟空间与虚拟环境中的人和物体实时交互，感知和操作虚拟环境中的各种对象，从而达到身临其境的效果。
3.2 虚拟仿真实训系统框架
虚拟仿真实训系统的目标是为电力学习者提供一个自主学习的平台，让其能通过计算机或网络接受操作指导，进行模拟操作练习，并可根据操作过程与结果，进行技能评测。同时，系统能够方便指导教师进行维护、管理和监控，为学习者提供适时的和有针对性的辅导。所以虚拟仿真实训系统的组成是由服务器、客户机、客户机及信息数据库组成。信息库存储实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等信息。当然，不同的虚拟仿真实训系统在功能和组成上是不同的，下面以机构的运动控制为例给出该项目设计时的总体框架：
3.3 虚拟训练仿真系统场景
实体模型是仿真系统的重要组成部分，对象建模可以用Creator直接生成，在建模过程中，可以利用纹理（texture）、材质（material）增加逼真度。细节很重要，特别是实体模型的细节，对仿真系统尤其重要。要想运行速度快，就要减少实体面数，可以采用纹理贴图。对于显示应用要求高的系统，有一种灵活的办法，就是在用其他软件建立复杂模型，然后加入光照，最后渲染出效果图，用这个效果图作为模型的贴图，视觉效果会好很多。
实现对模型自由度DOF（Degree of Freedom）节点的控制，也就实现了环境中对象的控制。为了实现对场景中对象的控制，比如移动或者旋转，就要先在模型中设置相应的DOF节点。各个运动部件的运动范围和运动方向在DOF的属性设置中确定，在Creator中，模型中任何一个可以移动的物体上都可以设置自由度。相关的参数变量，比如旋转伸缩，比如位移等等，都可以通过仿真程序来控制其自由度节点。例如对方向舵的控制中一共有四个自由度节点，包括两个传动轴、舵叶和控制杆。属于旋转（Rotate）的自由度是舵叶和控制杆，属于平移（Translate）的自由度是两个传动轴。
4 结语
综上所述，电力仿真培训系统中VR技术的运用，很好的改善了电力仿真培训系统中存在的缺陷，虽然VR技术在电力仿真培训系统中的融入还需要不断探索，但是在发展与培训进步的基础上，效果正在不断提升。
参考文献
[1]蔡曙山，江铭虎.人类的心智与认知：当代认知科学重大理论与应用研究[M].人民出版社，2016，1.
[2]乔卉.面向电力培训的虚拟仿真理论及应用[D].武汉大学，2012.
[3]汪成为,高文,王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用[M].北京:清华大学出版社;南宁:广西科学技术出版社,1996.
[4]卢宁,卢辉炬.虚拟现实与缄默知识的获得[J].广西师范大学学报:社会科学版,2002,(1):56-59.
[5]章铸,吴志坚.论虚拟实践[J].南京大学学报:社会科学版,2001.
论文作者:韩雪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/26
标签：仿真技术论文; 系统论文; 电力论文; 模型论文; 学员论文; 自由度论文; 操作论文; 《电力设备》2017年第16期论文;