基于VR技术和AR技术的分析模块开发

文/潘侃 尹春林

近年来，随着电网规模越来越大，国民经济发展迅速，电网运行的安全性也越来越受各方重视，因为电网事故可能造成的影响范围愈来愈大，对社会、政治等造成的影响越加明显。电力工作人员承担着较为重大的责任，而目前电力行业的工作人员更新比较频繁，造成专业水平参差不齐、人为操作事故不能完全杜绝，所以提高电力工作人员技能水平成为当前电网安全生产的首要任务。由于电力系统的特殊性，人员培训和实操训练不能在实际运行的电力设备上进行，而建设实操培训基地存在设备贵、投资大、占 地广、维护困难、同时培训人数有限等诸多限制，难以满足大规模 人员培训的需要。而另一方面，随着现在虚拟现实技术的发展，逐渐步入正轨，且能实际解决现实操作中遇到的诸多问题，对提升电网工作者技能水平和综合素质起到了一个实际性的作用。具有重要的现实意义。

1 基于AR和VR的关键技术

VR指的就是一种通过使用电子计算机，生成一种具有交互性和动态性的三维效果，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，以此来逼真地模拟出真实的背景或是环境，使得参与者在做出各种实体行为的过程当中能够实现实时互动的技术。VR技术体验最主要是借助VR设备，通过使用VR设备可以在使用者面前展现出虚拟的世界，但无论其做出何种实体行为均可以同虚拟世界实现同步匹配，一般情况下VR设备有着较强的不透光性，将用户与外部真实世界完全隔离开来，使其能够全身心地投入在虚拟世界当中。

AR增强现实 (Augmented Reality，AR)，它的主要技术特点是虚实结合和实时交互，是对现实世界的“增强”。虚拟世界与真实世界中的信息内容通过相互叠加和显示在同一显示器中，也能够有效实现信息之间的补充和完善。增强现实系统可以立即识别出人们看到的事物，并且检索和显示与该景象相关的数据。

表1

图1

2 步骤

通过对科技创新成果资料进行整理，依照如下：2.1、2.2、2.3、2.4建立VR、AR强化应用梳理对象；其次，对科技创新成果更生动、形象地理解。

2.1 梳理对象

通过对科技创新成果资料进行整理，成果主要分为：设备创新和应用创新。如表1所示。

2.2 对象建模

（1）结构创新：对对象的外部、内部构成进行建模。

（2）材质创新：对对象的材质光泽进行建模。

（3）应用创新：对对象的应用场景进行建模。

2.3 交互设计

（1）交互前：①交互有明显变化：侧重于变化征兆的对比；②交互没有明显变化：侧重于设备应用前的准备工作。

（2）交互中：能够全面体现成果的应用过程，能具体突出成果创新性。

（3）交互后：能体现成果的应用成效。

2.4 体验设计

（1）沉浸性：提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般。

（2）多维性：立体地看到虚拟世界中的设备，并且能看到设备内部零件。

（3）互动性：用户现实中的活动能够在虚拟现实中得到实时反馈，做出相应动作。

3 变电站智能巡检场景研究

变电站智能巡检是提供一套基于VR全景的变电站三维仿真系统，技术特点是以虚拟现实技术作为出发点，在三维模型中监测变电站实时情况的变化，对变电站的相关信息进行了解和对显示的有用信息进行提取。这样提升用户在虚拟变电站环境里的沉浸感，在工作演练、操作模拟、工作流程培训等方面达到了自然交互性的超现实体验，并且解决了之前工作人员要对多个信息系统进行查询的繁琐，变电站智能巡检主要以设备为单位，把相关设备的有用信息和数据进行集中融合，再统一展示。工作者带上VR眼镜，并利用手柄在室内不用移动步伐就可定位不同位置并移动到指定位置，对变电站中各个位置的设备进行查看，同时，利用手柄红外线指到需要查看的设备来显示其相关信息，这样不但减轻了工作人员的任务量，还能增强用户的体验感和对变电站的认同感，从而促进电力企业长期发展。

4 雪山杆塔智能检测

雪山长年积雪，上山是个困难的问题，再对杆塔设备人工地进行信息采集和记录是难以完成和危险的工作。所以采用与变电站智能巡检一样的技术，对在雪山上的杆塔进行实时监测和提取数据，并统一展示，工作者带上VR眼镜，打开手柄，戴上耳机能更身临其境地体会雪山场景，对杆塔高度、电压等有用信息进行查看。因为周遭树木生长会对杆塔输电造成影响，所以杆塔周围树木的高度和未来生长趋势都是需要进行实时监测的重要数据。

5 增强现实的实际工作辅助及应用

用户借助于手机、或者穿戴设备等电子终端将虚拟的事物无缝地融合到现实世界。将设备认知与增强现实技术相结合，实现对工作现场电力设备外形、结构、功能等知识点的即时学习，提升培训资源对工作现场辅助动态支撑的便捷水平。工作者用手机扫描纸张上的设备模型，在手机上出现立体设备，可以全方位查看设备，并且立体展现实际操作情景，让工作者更直观了解设备功能。还有一些变电站的模型也可很直观地展现。如图1所示。

6 结束语

本文通过开展基于VR技术和AR技术的分析模块的研究，以提高电网运行安全性，从经济、政治等各方面影响和提高电力工作人员技能水平和综合素质为目的，运用虚拟现实技术来实现对变电站进行智能巡检，以此来提升用户在虚拟变电站环境里的沉浸感，在工作演练、操作模拟、工作流程培训等方面达到了自然交互性的超现实体验。并且对一些高危地点的杆塔输电信息进行实时监测并有效排除一些可能发生的干扰因素；而基于增强现实技术可对工作者进行设备认知培训，使工作者更直观地认识一些设备的实际功能，并学习其操作，也可对变电站更直观地观察。从而促进电力企业长期发展。