一、三維仿真培訓系統的架構設計

1電力仿真框架

電力安全培訓的三維仿真系統要想真實地反映電氣設備的外觀結構和運行環境，就需要三維仿真系統能夠展現規模龐大的現實虛擬場景，所以，在開發系統的邏輯控制程序時，就需要將三維仿真系統的整體架構分為電力仿真框架和通用三維仿真引擎兩部分。在現實的操作過程中，操作人員是通過儀表設備操作控制電氣設備的，而在三維仿真培訓系統中，則是通過復雜的邏輯系統實現對其的控制，將現實中的電氣設備和儀表轉化為抽象的虛擬設備和操作邏輯。為了使各種動作狀態在三維效果中顯示得更加正確、合理，達到預定的視覺屬性，往往需要重新組織節點名稱和節點坐標。

2通用三維仿真引擎

通用三維仿真引擎的功能是達到圖形渲染、交互控制和網絡通信的目的。它是由資源管理、場景管理和動畫系統三個子系統組成的。通用三維仿真引擎與邏輯操作無關，它主要是為了實現三維虛擬場景的重建和環境渲染。電力仿真系統與通用三維仿真引擎共同組成了一個完整的三維仿真培訓系統。

二、系統實現的主要技術要求

1仿真對象和電氣屬性的同步

在三維虛擬環境下，為了保證虛擬對象和行為的一致性，往往需要借助事件、屬性、對象的三位一體機制來實現。電氣設備的虛擬設計是電力安全三維仿真培訓系統的主要對象，除了顏色、縮放比例等常見的屬性外，還需要對仿真對象的電氣閉合狀態和相關參數等重要的屬性進行邏輯設計。當虛擬操作導致電氣設備的閉合狀態發生變化時，電氣設備的相關屬性就會發生變化，最終使得電氣設備的參數發生變化。當信息傳遞到設備管理器時，就可以重新計算電網的參數來更新事件的狀態。

2邏輯控制與復雜操作的對應關系

電力安全三維仿真培訓系統的操作過程應當全面支持操作者的各種開放式操作行為。簡單來講，虛擬的操作邏輯應當及時地判斷和反饋操作者的操作行為。開放式的操作控制邏輯與封閉式的操作控制邏輯相比，其應變能力和復雜程度都大幅提高了，在這種操作控制邏輯下，用戶可以根據自己的操作習慣靈活操作，避免復雜的操作流程帶來一定的操作壓力。在錯誤的操作下，操作系統也會及時給予警告或提示，這樣便可以更好地實現智能化培訓的目的。

3大規模場景的情境渲染技術

由于電力安全培訓的三維虛擬場景范圍比較大，需要仿真對象根據培訓人員的操作產生動態移動，這就要求在具體的邏輯設計中，不能把全部的仿真對象放置在同一個渲染列表中，以免影響操作過程控制。在實際設計中，可以將仿真對象分為可渲染對象和可移動對象兩種。可渲染的仿真對象一般是指場景對象的模型數據，它只要求有顯示的功能，而可移動仿真對象則需要能夠在三維坐標中來回移動。當場景數量較大時，可以分別優化處理靜態場景和動態場景。只更新動態場景的空間信息而忽略了靜態場景的空間信息，不僅能夠提高渲染速率，還可以有效地節約計算資源。

4三維交互模式的實現

三維交互模式的首要功能是當用戶輕點三維場景中的某一個物體時，系統就可以快速地檢測到該信息的傳送情況，并快速反應，從而實現三維交互模式中的人機交互。三維物體是根據射線相交的原理實現的，當鼠標點擊的位置發射一條平行于視線的射線與場景射線相交計算時，交點即該物體的位置標識。常用的三角形檢測方式往往會占用較多的計算資源，影響定位速率。為了避免這種情況的發生，可以采取包圍球體的檢測方式與三角形檢測方式混合使用的方法，提高檢測速率。

三、三維仿真培訓系統的應用

根據上面的整體架構設計和主要問題分析，可以初步實現包含場景編輯器、邏輯編輯器、地圖編輯器在內的三維仿真培訓系統。場景編輯器可以實現三維場景的構建功能，邏輯編輯器可以將復雜的邏輯語言轉化為可視性的操作過程，實現虛擬設備的響應控制功能，而開發人員則可以通過地圖編輯器實現三維場景的布置功能，并且可以及時查看編輯結果。

四、結論

通過分析電力安全三維仿真培訓系統的特點和設計難點，設計、研究出了滿足實際需求的三維仿真培訓系統，進而實現較大規模的渲染和較好的人機交互操作體驗。對三維仿真培訓系統的開發和研究需要全面設計邏輯控制功能，只有這樣，才能保證三維仿真系統在實際操作中實現較好的用戶體驗，達到預期的培訓效果。

作者：馬元忠            單位：國網重慶市電力公司技能培訓中心