基于虚拟现实的变电站培训仿真巡视功能研究 陈卓 ， 陈世君 ， 杨春生 ’（１．四川大学电气信息学院，成都６１００６５；２．四川省电力公司规划中心，成都６１００４１） 摘 要：将三维虚拟现实技术引入变电站仿真巡视中，利用３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ建立整个系统的虚拟 现实模型，在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＃开发环境中，由ＤｉｒｅｃｔＸ软件调用３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡｘ形成的模型来 实现虚拟场景（包括一、二次设备）和人机交换。用户可以自然地和虚拟场景中的客体进行 交互．从而产生亲临现场的感受和体验。 关键词：虚拟现实；变电站巡视；仿真 ０ 引言 随着计算机技术的不断发展。三维虚拟现实技术 和多媒体技术逐渐应用于变电站培训仿真系统．交互 式、多视角、可漫游的三三维立体的模拟场景在变电站仿 真巡视中已有应用。文献『７１基于ＯＳＧ１．０开发库，利用 ３ＤＭａｘ建模工具构建场景模型．采用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋和 ＯＳＧ编程来实现场景的显示和漫游．学员可以自然的 和虚拟环境中的客体进行交互，相互影响，从而产生亲 临现场的感受和体会，达到了巡视效果。文献ｆ８１介绍了 虚拟现实技术是一系列高新技术的汇集．涉及计算 机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、人工 智能以及高度并行的实时计算技术等领域 虚拟现实 技术具有沉浸、交互和行为三个基本特征。研究虚拟现 实技术的目的是建立一个模拟环境．由计算机生成实时 动态的三维图像、三维声音等人体能感受到的信息，构 造一个模拟的现实世界或并不存在的虚幻世界．把抽 象、复杂的计算机数据空问表达得更直观易懂｛ 。 ２．１三维建模 建模是根据实际应用的需要．利用已知实际环境的 ＯｐｅｎＧＬ、Ｏｐｅｎ Ｉｎｖｅｎｔｏｒ、３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ等三维建模技 术和软件．在微机上利用３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ创建场景模 型，并以ＶＲＭＬ格式保存模型，利用Ｏｒ，ｅｌｌ Ｉｎｖｅｎｔｏｒ开 三维数据建立相应的虚拟环境模型 在ＵＮＩＸ操作系 统图形工作站上已有许多成熟的三维图形建模开发软 件，与３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ Ｍａｘ提供可视化建模方式相比． ＯｐｅｎＧＬ和Ｏｐｅｎ Ｉｎｖｅｎｔｏｒ无法实现所见即所得的建模 方式．且需要开发者花费大量的时间在复杂模型的建 发的应用程序读取和实现场景显示及漫游．初步实现 了电力系统虚拟环境三维场景显示 １ 开发语言 在ＭｉＣＯｒｓｏｆｔ提供的．ＮＥＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ平台上．采用 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＃进行算法的开发设计。Ｖｉｓｕａｌ Ｃ样是微软公司 为配合．ＮＥＴ的开发设计而推出的一种现代的、面向对 象的程序设计语言 Ｃ＃语言是真正的面向对象的编程 立上．因此选用３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ Ｍａｘ作为系统的建模软件． 参考实际变电站布局．建立三维虚拟变电站场景。包括 现场一次设备、保护屏、控制室等。 ２．２托管代码版ＤｉｒｅｃｔＸ９．０ Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＤｉｒｅｃｔＸ是创建游戏和其他高执行效率 语言，集中体现了．ＮＥＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ的跨平台和跨语言 的互操作思想．开发人员能够使用Ｃ＃语言便捷地编写 各类应用程序及组件 多媒体应用程序的一系列低级ＡＰＩ 它包括了对２Ｄ和 ３Ｄ图形的支持，音效和音乐、输入设备、力反馈设备、 多媒体流和例如多人游戏的网络应用程序 托管代码版ＤｉｒｅｅｔＸ９．０由以下主要组件构成： ２ 虚拟现实技术的实现 收稿日期：２０１０—０７—０６ 修稿日期：２０１０—０８—０６ 作者简介：陈卓（１９９０一），女，四川仁寿人，本科，从事领域为调度自动化及计算机信息处理方面的研究工作 现代计算机２ｏ１０．０９ ｏ ＼ ＼ ＼＼开发案例 、————ｍ— ｈ＋ ＿—＿—————－—————————————————— — ———————————— —————————————————————————— ————— —一———— Ｄｉｒｅｃｔ３Ｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ提供了一个单一的ＡＰＩ．使用 它进行３Ｄ图形编程 ２．４电力系统三维虚拟场景巡视的实现 由于３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ Ｍａｘ制作的三维模型为．３ｄｓ格式． 还不能直接被ＤｉｒｅｃｔＸ调用．需要利用微软公司提供的 ＰａｎｄａＤｉｒｅｃｔＸＭａｘＥｘｐｏｒｔｅｒ工具或者第三方插件将＿３ｄｓ ＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ提供直接的低级访问显存和高速渲染．． Ｄｉｒｅｃｔｌｎｐｕｔ提供对于多种输人设备的支持．包括对 力反馈技术的完全支持 ＤｉｒｅｃｔＰ１ａｖ提供多人网络游戏的支持 Ｄｉｒｅｃｔｓｏｕｎｄ提供播放和捕捉预录制数码采样的支 持。 Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ Ｐｌａｙｂａｃｋ允许回放和简单控制音频／ 文件以．Ｘ格式导出 下面简单介绍ＤｉｒｅｃｔＸ如何操作．Ｘ 图形文件 首先在托管环境建立设备．确定将要使用的物理 图形卡和ｄｅｖｉｃｅ类型。然后将设备绑定到窗口．描述设 备创建之后的行为．设备把数据呈现到显示器的方式 设备建立完之后．通过Ｍｅｓｈ对象读人．Ｘ文件 Ｍｅｓｈ可以用来储存任何类型的图形数据．当然也可以 用来封装较为复杂的电力设备模型．同时需要保存材 质（Ｍａｔｅｒｉａ１）和纹理（Ｔｅｘｔｕｒｅ）。Ｍｅｓｈ对象的ＦｒｏｍＦｉｌｅ（） 视频媒体 通过消除ＣＯＭ组件对象模型的互通层．托管代码 版ＤｉｒｅｃｔＸ９．０改善了执行性能 托管代码能减少代码 体积和提升工作效率 继承于强大易用的．ＮＥＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ公共类型的接口更加直观 托管代码也把你 从处理很多内存管理的任务中解放了．这些任务例如 释放对象…】 方法或Ｆｒｏｍｓｔｒｅａｍ（）方法均可以加载模型 ．Ｘ文件载 入之后．可以通过两种方式对三维物体进行观察．一种 是变换摄像机坐标．另一种是变换世界坐标．两种方式 ２．３建立电力系统三维虚拟环境场景模型 为把虚拟现实技术应用于变电站仿真系统．把虚 拟电气设备的特性划分为电气特性、物理特性和动作 特性。物理特性为设备的静态特性，包括形状、色泽等， 而动作特性为设备的动态特性．包括整个动作过程所 表现出来的行为及声音．例如刀闸的操作过程．出现的 都可以改变物体与摄像机之间的相对位置 在现实生 活中．物体的空间位置上是相对静止的．而观察物体一 般是主动变换位置．因此．对于变电站的巡视过程．主 要是采用变换摄像机坐标的方式．而对于单个设备的 学习和认识．则可以变换世界坐标。 弧光及发出的声响 通过３Ｄ Ｓｔｕｄｉ０ Ｍａｘ平台进行电气 设备模型的构造．利用托管代码版ＤｉｒｅｃｔＸ９．０实现电 气设备的物理特性和动作特性 为了更好地再现设备的材质特征．可将现场拍摄 到的设备材质图片进行纹理贴图渲染。如图１所示是 在３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ下创建的主变压器模型。 图２变电站三维巡视全景 图２是整个变电站三维巡视场景．通过鼠标和键 盘操作即可完成变电站巡视 图３是利用键盘变电站 ｊ维巡视过程中的一个场景 在巡视过程中可以观察断路器等电气设备的动作 图１主变压器模型 特性．变电站场景真实感大大提高。图４是三维刀闸操 作效果图 现代计算机２０１０．０９ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｐｌｕｇｉｎ ｏｆ Ｉ Ｅ ６．０ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＳＳ ＣＨＥＮ Ｙｉｎ－ｆｅｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｆｉｎａｎｃｅ Ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００５１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＲＳＳ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＸＭＬ ａｎｄ ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ Ｗｅｂ ｃｏｎｔｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｒｉｔｅｒｉ— ｏｎ ｆｏｒ ｃｏｎｔｅｎｔ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｌｉｅｎｔ．Ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ＲＳＳ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ ｃｏｍ— ｐａｒｅｓ ＲＳＳ ｒｅａｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｗａｙ ｏｆ ｒｅａｄｉｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｓ ａ ｐｌｕｇｉｎ ｏｆ ＩＥ ６．０ ｃａｌｌｅｄ ＲＳＳＲＰ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＳＳ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＳＳ；ＲＳＳＲＰ；ＲＳＳ ＦＥＥＤ；Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ （上接第１８９页） Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｕｂ．ｓｔａｔｉｏｎ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｉｒｔｕａｌ－Ｒｅａｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＣＨＥＮ Ｚｈｕｏ ，ＣＨＥＮ Ｓｈｉ－ｊｕｎ ， ＹＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｓｈｅｎｇ （１．Ｃｏｌｌａｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６５； ２．Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｂｅｎｇｄｕ ６１００４１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｏｗｓ ｈｏｗ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｖｉｒｔｕａｌ－ｒｅａｌｉｔｙ ｏｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｔｕｐ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｅｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＃。ｒｅａｌｉｚｅｓ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｓｃｅｎｃｅ ｂｙ ＤｉｒｅｃｔＸ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｂｙ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ．Ｔｈｅ ｕｓｅｒｓ ｃａｎ ｉｎｔｅｒａｃｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ｉｎ ｖｉｔｒｕａｌ ｓｃｅｎｃｅ ｔｏ ｆｅｅｌ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｉｒｔｕａｌ－Ｒｅａｌｉｔｙ；Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 现代计算机２０１ ０．０９