牽引變電站3D培訓(xùn)仿真系統(tǒng)設(shè)計開發(fā).pdf

1、牽引變電站是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將電力系統(tǒng)中的三相電通過牽引變壓器轉(zhuǎn)化為電力機車取流所需的單相電，牽引變電站的安全可靠運行對整個牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。由于運行中的牽引變電站具有高壓帶電、設(shè)備昂貴等特點，傳統(tǒng)的值班人員培訓(xùn)方法主要基于教材、視頻、現(xiàn)場參觀等展示手段，培訓(xùn)的直觀性和可操作性都受到很大限制。本文將三維仿真技術(shù)引入到牽引變電站培訓(xùn)方式研究工作中，對于實際工程應(yīng)用具有重要意義。
　　本文研究從牽引變

2、電站日常工作規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程入手，詳細(xì)分析了牽引變電站三維培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的功能需求和擴展需求，確定了研究方向和具體研究內(nèi)容——通過三維模型構(gòu)建具備真實感的牽引變電站虛擬場景，通過腳本解析機制構(gòu)建具備通用性的業(yè)務(wù)流程模擬方式。最后通過三維仿真系統(tǒng)模擬牽引變電站的日常操作。在需求分析的基礎(chǔ)上本文選擇了三維建模軟件3ds Max、三維仿真引擎Unity來進行牽引變電站三維培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)。
　　在牽引變電站三維培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計開

3、發(fā)方面，首先充分考慮系統(tǒng)的功能需求和拓展需求，按照模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計思想將三維仿真系統(tǒng)設(shè)計為數(shù)據(jù)資源層、系統(tǒng)實現(xiàn)層、界面交互層三層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了底層資源、模塊實現(xiàn)和用戶交互的有效分離。然后本文就系統(tǒng)開發(fā)過程中的相關(guān)技術(shù)進行了詳細(xì)介紹。在場景組織中采用樹狀結(jié)構(gòu)，對牽引變電站內(nèi)的一次設(shè)備、二次設(shè)備、場景環(huán)境、虛擬人物、操作工具分別進行了模型、材質(zhì)和動畫設(shè)計，設(shè)計過程中充分考慮各模型局部細(xì)節(jié)和建模注意事項，模型詳略得當(dāng)，效果逼真。在地形方面采

4、用真實地形，設(shè)計了基于視角位置的地形塊動態(tài)調(diào)度算法，在大地形仿真中節(jié)省了地形塊渲染在計算機內(nèi)存中的資源占用。在界面設(shè)計方面，充分考慮程序運行機制和用戶操作習(xí)慣，通過數(shù)據(jù)庫動態(tài)讀取，設(shè)計了多場景、多任務(wù)的程序接口，引入異步加載機制有效實現(xiàn)了場景加載過渡，整體界面設(shè)計多樣，過渡銜接自然。在培訓(xùn)任務(wù)程序模擬過程中，本文對標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程進行分步解析，對其中關(guān)鍵操作步驟設(shè)計程序語言解析機制，設(shè)計業(yè)務(wù)腳本數(shù)據(jù)庫模擬實際操作中的具體業(yè)務(wù)。在虛擬人物控制

5、方面，采用碰撞檢測提高場景漫游真實感。在場景設(shè)備的動畫狀態(tài)管理中，設(shè)計了動畫狀態(tài)機對設(shè)備初始動畫狀態(tài)進行設(shè)置，同時通過動畫狀態(tài)關(guān)聯(lián)對不同動畫之間的聯(lián)動機制進行模擬。最后本文在完成整個牽引變電站三維培訓(xùn)仿真系統(tǒng)程序開發(fā)之后，還在沉浸式虛擬現(xiàn)實平臺進行了仿真嘗試，其高沉浸度、體感交互方式為行業(yè)應(yīng)用研究提供了新思路。
　　本文設(shè)計開發(fā)完成的牽引變電站三維培訓(xùn)仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬場景漫游、設(shè)備認(rèn)知學(xué)習(xí)、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)模擬、場景培訓(xùn)考核等多方面