內(nèi)容摘要

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Visual Reality)，是20世紀(jì)90年代為科學(xué)界和工程界所關(guān)注的技術(shù)。它的興起，為人機(jī)交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域；為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具；為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三度空間，或是把其它現(xiàn)實(shí)環(huán)境編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并非最近才出現(xiàn)的，其發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段從本世紀(jì)50年代到70年代，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的準(zhǔn)備階段；第二個(gè)階段從80年代初到80年代中期，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)化，并開始走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段；第三個(gè)階段從80年代末期之后，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)全面發(fā)展的時(shí)期。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)(Vinual Reality，簡稱VR)的出現(xiàn)，對教育培訓(xùn)更是產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響，使得受訓(xùn)者無論是在應(yīng)用范圍(廣度、空間)、時(shí)間選擇(寬度、時(shí)間)、還是在培訓(xùn)的難易程度和績效評價(jià)(深度、效度)上都產(chǎn)生了傳統(tǒng)培訓(xùn)方法所無法比擬的優(yōu)勢⋯ 。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，根據(jù)需要培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的處理，員工無論是在知識(shí)學(xué)習(xí)、能力創(chuàng)新，還是在經(jīng)驗(yàn)積累、技能訓(xùn)練等都可收到意想不到的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育培訓(xùn)領(lǐng)域中，有著巨大的潛力。目前國外已經(jīng)有了許多VR技術(shù)用于培訓(xùn)的系統(tǒng)。如美國的Nabisco食品公司、北方電訊公司、Motorola公司就運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)建虛擬工廠，訓(xùn)練員工熟悉環(huán)境、設(shè)備和操作能力。利用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程教育、建立虛擬圖書館、開設(shè)虛擬課堂和虛擬實(shí)驗(yàn)室等，都將給教育培訓(xùn)帶來前所未有的效果。本文就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力培訓(xùn)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來進(jìn)行電力培訓(xùn)收到了非常好的應(yīng)用效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境(如飛機(jī)駕駛艙、操作現(xiàn)場等)，通過多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。這里所謂模擬環(huán)境就是用計(jì)算機(jī)生成的具有表面色彩的立體圖形，它可以是某一特定現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)體現(xiàn)，也可以是純粹構(gòu)想的世界。傳感設(shè)備包括立體頭盔(Head Mounted Display)、數(shù)據(jù)手套(Data Glove)、數(shù)據(jù)衣(Data Suit)等穿戴于用戶身上的裝置和設(shè)置于現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的傳感裝置(不直接戴在身上)。自然交互是指用日常使用的方式對環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作(如用手拿東西、行走等)并得到實(shí)時(shí)立體反饋。

虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)

沉浸性(Immersion)。指計(jì)算機(jī)操作人員作為人機(jī)環(huán)境的主導(dǎo)者溶人于虛擬環(huán)境中，通過多維方式與計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，能使參與者全身心地沉浸在計(jì)算機(jī)所生成的三維虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感覺。

交互性(Interaction)。是指操作者與虛擬環(huán)境中所遇到的各種對象的相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。交互性包含對象的可操作程度及用戶從環(huán)境中得到反饋的自然程度、虛擬場景中對象依據(jù)物理學(xué)定律運(yùn)動(dòng)的程度等。

構(gòu)想性(Imagination)。是通過虛擬現(xiàn)實(shí)，從定性和定量綜合集成環(huán)境中結(jié)合，引導(dǎo)人們?nèi)ド罨拍詈兔劝l(fā)新意，抒發(fā)人們的創(chuàng)造力。

虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)

動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。它的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)。三維圖形的生成技術(shù)已較成熟，而關(guān)鍵是如何“實(shí)時(shí)生成”。在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術(shù)的研究內(nèi)容。

立體顯示和傳感器技術(shù)。VR依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)有的VR設(shè)備還不能完全滿足系統(tǒng)的需要，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。

應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。VR應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性。選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度地提高效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。為了達(dá)到這一目的，必須研究VR的開發(fā)工具。

系統(tǒng)集成技術(shù)。由于VR系統(tǒng)中包含大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。集成技術(shù)包括信息的同步、模型的標(biāo)定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別與合成等技術(shù)。

虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建

虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)在電力行業(yè)中，由于電是很危險(xiǎn)的，每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都可能存在安全隱患，并且不是每一個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場都可以進(jìn)去的；同時(shí)電力設(shè)備的昂貴，一旦發(fā)生事故則損失慘重。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬電力培訓(xùn)系統(tǒng)，不僅能節(jié)省資金，降低危險(xiǎn)，還能使這些環(huán)節(jié)聯(lián)系更加密切，使受訓(xùn)員工進(jìn)入每個(gè)部分進(jìn)行深入了解，往往會(huì)學(xué)到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中無法接觸的東西。針對上述情況，結(jié)合電力中專進(jìn)行員工培訓(xùn)的需要，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套電力培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括電力系統(tǒng)中的斷路器、變壓器、開關(guān)等系統(tǒng)的工作原理，以及當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，各個(gè)系統(tǒng)如何進(jìn)行工作和維修等內(nèi)容。

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