摘要：随着我国经济的发展，人民生活水平的不断提高，对电力的需求也越来越大。但随着电力行业规模的扩大，使其运行中的风险也逐步提高，基于此，通过在电力安全生产教育培训中引入VR虚拟仿真技术，通过多种感官体验，能够给体验者带来更加真实的感觉，使其能够更加深刻的体会到违章操作所带来的危害，进而降低电力行业人身伤亡、设备损坏事故概率，落实好安全管理，达到教育培训真正的目的。
关键词：VR虚拟；电力安全生产；教育培训
对于电力行业来说，本身的作业环境比较特殊，如果在实际操作中出现了违章操作，会造成设备损坏，严重的还会在导致人员伤亡，对电网的正常运行带来非常严重的负面影响。为了确保电力系统的可靠运行，不仅要对电网结构进行完优化，提升电力设备运行的稳定性，还要对现有管理制度进行完善，提升电力操作人员的安全责任意识与业务能力。随着我国对电力的不断投入，原有的培训模式已经无法满足新时代电力行业的发展需求。本文对现有电力行业培训模式进行分析，并以此为基础，对VR虚拟现实在电力安全生产教育培训中的应用进行了深入分析。
一、虚拟技术简介
虚拟技术，也就是我们常说的VR技术，最早是由美国的VPL Research公司在上世纪80年代提出的。虚拟技术的意思就是通过计算机设计出三维交换环境，将人置于此环境中进行使用，VR虚拟技术具备以下几点特性：
（一）沉浸特性：真实性可谓是VR虚拟技术最大的特征，计算机设计出三维交换环境要使体验人员具备身临其境的感觉，要让体验人员产生一种“错觉”，即虚拟环境中的人是真实的，并且在体验过程中，体验人员能够发挥自主作用，达到与真实世界一样的效果。
（二）交互特性：交互特性指的是体验人员能够与在虚拟环境中遇到的对象进行相互作用，这种互动是三维的，体验人员作为交互的主体，可与虚拟环境进行行为交流。
（三）行动特性：体验人员要能够对虚拟环境进行在现实世界中的动作或以其熟悉的方式进行操作，使体验人员觉得虚拟世界与真实世界没有差别。
二、虚拟现实建模语言
（一）VRML语言
VRML语言一般在Internet上使用，主要作用是对3D多媒体进行构建，对虚拟世界中的语言进行共享，对HTML进行三维模拟，通过VRML浏览器与现实世界进行连接。VRML语言除了能够构建现实世界场景模型，还能够构建虚拟三维世界。VRML通过场景图数据，进行虚拟世界3D实景的构建，是一种能够代表3D世界静态特征的节点。VRM对基本节点类型进行了重新定义，使用人员能够通过这些节点对虚拟世界中的图形、材质、声音、光源灯实现描述，进而增加虚拟世界的真实感。
（二）VRML的基本特征
VRML共具备四种特征，分别是平台无关性、网络传输高速性、实时性以及可扩充性。下面就对这些特征进行一一解释。
其一，平台无关性。VRML是以C/S模式为基础进行访问的，服务器能够提供VRML是文件，使用人员通过对文件进行下载实现访问文件的目的，并利用本地浏览器进行访问。
其二，网络传输高速性。VRML与HTML大致相同，通过ASCII文本格式进行世界连接的，确保其能够在不同的平台上使用。这样不但减少了数据量，还能够在低宽带网络上实现网络传输的高速性。
其三，实时性。通过VRML，使得在传统虚拟环境中所用的3D着色引擎取得了更好的发挥效果。VRML的实时性能够使得虚拟建模与访问进行更好的隔离开来，这也是虚拟现实与三维建模之间最大的不同点。三维建模只能进行预先着色，因此无法进行交互作用。VRML则能够提供7个自由度，可以进行全方位的旋转与移动，还能够与其他的3D空间进行连接。
其四，可扩充性。VRML仅是一种标准，自然无法满足全部应用需求。一些应用需要VRML能够提供高质量的画面、一些应用需要VRML具备更强的交互性、一些应用需要VRML提供更加复杂的虚拟世界等等，但这些需要往往都是互相限制的，还会受到来自用户平台硬件性能的限制，所以，VRML具备可扩充性。使用人员能够根据自己的需要，对对象进行自主定义，使其属性满足使用人员的各种需求，通过Java语言，可使浏览器对这种行为进行解释。
三、VRML的建模
VRML的建模是以图像建模为基础的技术，对虚拟场景进行建模，要注重其真实性，但虚拟场景中的模型为二维图形，使用人员很难体会到交互功能。使用人员序偶希望的交互作为要求场景中的对象为几何模型实体，因此，要对其采样混合建模。混合建模的要求则是：第一要绘制几何模型，通过计算得出具备几何拓扑关系的图像，之后对其进行适当的修正，最终得到的几何模型则是图形表示的模型。不但大大提升了虚拟场景的真实度，还能确保使用人员进行交互功能，提升了使用人员的体验效果。我们一般将从三维环境转变为虚拟世界的过程叫做实物虚化，而将与之相反的过程称为虚物实化。这两个过程相互矛盾却又高度统一，只有将二者结合，才能制造出既具备交互功能，又具备真实感的虚拟场景。
四、风险模拟与显示
利用VR技术，能够为维护人员提供无死角的电网场景，即使不在工作现场也依然能够感受到日常维护的场景。通过相关技术，对工作中比较容易出现问题的零部件或者违章行为在虚拟场景中进行标注，通过将客观物体进行全面展示，将其状态、维护等全过程展现在受训者的眼前，使其能够更加真实的观看，打破了传统的说教方式，增添了培训的娱乐性，完全沉浸在自己能够控制的环境中，也会在一定程度上提升培训的效果。在虚拟显示环境中，使用人员能够与虚拟环境进行互相作用，通过人体对虚拟实物的感知，能够提升受训人员的记忆力，能够对风险状况有更加深刻的理解，并对正确操作的理解也更加透彻。
如图显示，受训人员通过HTC Vive虚拟现实套装和显示屏幕构建一个真实的VR环境，通过对日常违章操作进行模拟，如高空坠落、误操作、触电等场景，通过真实的视觉与触觉，能够更加直观的体会到这些操作所带来的危害，通过这种培训方式，能够更加有效的纠正操作人员的错误操作以及带来的危害，能够更加直观的展示安全操作的重要性。
VR虚拟场景模拟
五、模拟说明
（一）对触电进行模拟
电力行业工作中，最容易发生的就是触电，最常见的触电方式有：跨步电压触电、相间触电和单相对地触电。模拟检修中的触电部分，提升工作人员安全责任意识，避免此类事件再次发。
（二）对高空坠物进行模拟
对工具进行模拟，对扳手、电缆等物品从高处坠落的后果进行模拟，使工作人员能够正确理解高处作业所需要做的安全防护工作。
（三）对误操作进行模拟
对电气设备的倒闸等误操作进行模拟，让受训人员看到误操作后带来的严重后果，并对正确的操作顺序进行模拟，加深其印象，避免误操作的发生。
结束语：
通过将VR虚拟技术引入到电力安全生产教育培训中，能够提升工作人员安全责任意识，降低事故发生，避免企业经济损失。
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论文作者:蒋绍康,陈振宇,熊鸿楗,蒋正虎,李延龙,杨尚玉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：人员论文; 操作论文; 建模论文; 环境论文; 世界论文; 虚拟现实论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第15期论文;