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摘 要

由于无人值守变电站越来越多，这对电力管理部门在技术和管理上都带来了新的挑战。无人值守变电站的自动化、智能化的程度越来越高，各种在线监控系统也越来越多，对于信息化管理的要求也更高。因此亟待需要一个统一监控平台将电气设备、环境、图像、各种报警装置全方位直观展现，以便管理操作人员能快速、直观、便捷的查看到所需的实时或历史数据。本项目即是针对以上所列出的无人值守变电站运行管理的新挑战，通过基于虚拟现实(VR)技术的变电站远程统一智能监控平台的应用研究，来提高无人值守变电站的运行管理水平。

【关键词】虚拟现实 电力 智能 监控平台

1 引言

随着电力自动化技术的快速发展，越来越多的常规变电站改造为无人值守变电站，无人值守变电站的电压等级和范围越来越广，成为未来发展的必然趋势。在常规变电站改造为无人值守变电站以后，它实现了变电站运行的自动化、精度化，确保了对变电站事故的处理效率和准确性，进一步保障了 系统安全 ，减少了人员的误操作，减少了大量的运行值班人员，提高了劳动生产率，降低了成本，带动了企业科技进步。

但是无人值守的模式无论是在技术上还是管理上都对原有的模式带来了新的挑战。无人变电站的电压等级各站有所不同，设备型号复杂，对于管理运行人员熟悉设备的运行、维护和操作的要求高。并且无人值守变电站的自动化、智能化的程度越来越高，各种在线监控系统也越来越多，对于信息化管理的要求也更高。因此亟待需要将不同监控系统按照设备的真实场景进行统一、整合、分析，电气设备、环境、图像、各种报警装置能全方位直观展现，以便管理操作人员能快速、直观、便捷的查看到所需的实时或历史数据。

2 项目内容

本项目即是针对以上所列出的无人值守变电站运行管理的新挑战，通过基于虚拟现实(VR)技术的变电站远程统一智能监控平台(以下简称“平台”)的应用研究，来提高无人值守变电站的运行管理水平，如图1所示。

平台的功能

真实三维再现变电站场景

直观再现变电站的建筑、主控室、开关室及环境场景; 直观显示电气一次部分以及电气部分的实际连接;直观显示开关柜的位置、外观 ; 直观显示辅控设备的现场安装位置。

集中展示设备工况

3D实景中沉浸、快速、便捷地查看任意电气设备的相关数据、数值、图像，并可进行历史变化趋势的对应分析、判断。

与Scada系统融合――实时展示电气设备的Scada遥测、遥信数据，并统计开关跳闸次数、变压器调档次数及瓦斯保护动作次数;

与图像监测系统融合――实时显示现场监测图像;

与在线测温系统融合――实时显示在线温度;

与现场巡检系统融合――展示设备巡检历史记录。

自动灵活查看实时图像

双击场景中的设备，图像设备自动进行转向、对焦，颠覆传统人工查找摄像机、转动云台、聚焦等一系列繁琐动作;无需查找图像设备，可快速、便捷、准确地进行对应设备的远程外观察看、拍照、热红外成像测温、热红外拍照等一系列动作，并智能生成人性化的记录、 报告 等。

设备异常告警

整个三维场景中，每个设备模型会随着实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常;对于出现异常的，三维场景会自动将设备渲染成告警模式并定位，不断提示操作人员及时排除故障;解警后，可在设备数据面板中查看历史告警记录。

远程巡视

设定所需巡检的设备点以及关注的数据量、视频图像外观、热红外成像等必要的巡检信息，系统自动生成巡检路径;巡视人员通过平台随机或定时进行远程巡检，当进入已设定的巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示;对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成远程综合分析巡检结果记录，如图2所示。

基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台的特点

直观逼真

虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环境。本平台中将通过三维模型忠实逼真地再现了安阳市北郊变电站场景，产生了沉浸式的交互环境。

统一管理

基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台可融合各种平台系统，展示其相应数据或图像，如Scada电气数据(遥信、遥测数据)、在线测温数据、辅助监控系统的视频图像等。

智能监控

基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台融合数字视频监控、RFID无线识别、智能门禁、智能报警等多种监控方式：

整个三维场景中，每个设备模型会随着实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常。对于出现异常的，三维场景会自动将设备渲染成告警模式并定位，不断提示操作人员及时排除故障;

所有的图像、安防、消防、周界、门禁、温湿度、各种传感设备、三维一次电气设备及其附件的各种属性、数据、动作、变化规律，均可以作为告警条件，进行告警及组合告警触发。

智能远程巡检

优化目前传统的现场巡检模式，通过在该平台上设定巡检路线、巡检设备、巡检数据量、设备外观等不同巡检内容，巡视人员在定时或随机通过该平台上进行远程巡检，当进入巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示，并对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成综合分析结果记录，能远程、高效进行电气设备多系统、跨平台巡测，减少现场巡检频次，形成和现场巡检的高度互补、统一。

3 技术实现 3D建模技术

三维建模软件为3dMax，它是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，它功能强大，扩展性好。它适合制作建筑模型、物体动画模型以及人物动画模型等，可利用系统自带的材质库，或自制的贴图，来达到逼真的效果。

3DMax还可以将模型文件导出多种格式的文件，可用于 Java3D开发的引擎平台加载，如obj文件、3ds文件、mdl文件和smd文件等。

本平台引擎所适用的模型有obj、3ds和ms3d。基本场景静止模型采用obj文件格式;刀闸开合、门开合的动画采用3ds格式;漫游人物动画采用ms3d格式。

平台引擎技术

由于本平台采用B/S架构，所以平台引擎选择用Java3D 来实现VR技术。Java 3D是Java语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程接口(API)。客户端只需要使用标准的Java虚拟机就可以浏览，因此具有不需要安装插件的优点。而且Java3D是基于Internet的软件开发平台，它能将图形功能与Internet很好地集成在一起，因此它非常适用于开发基于网络的VR系统。

本平台算法有如下创新点：

(1)创新采用双视野模式展示变电站复杂场景中的人物/眼睛视野模式;更加直观，沉浸地再现变电站复杂真实场景，实现变电站复杂场景及电气设备、屏柜等多视角三维展。

(2)针对三维变电站场景地形的复杂性，改进传统2D启发式搜索A*算法，大幅度提升变电站复杂三维场景自动寻径的消耗时间。

(3)改进了三维变电站复杂场景中地面高低的检测算法，创新地增加了多维射线，来检测路面的高度信息，提高检验的精确性。

(4)根据变电站场景的复杂性、电气设备的布局复杂以及空间局限性，改进传统的AABB碰撞检测算法，采用动态AABB碰撞检测算法，大幅度提高碰撞检测的准确性。

(5)在变电站三维复杂场景中人物平滑移动，摒弃传统的BSP树，采用椭球体算法并添加滑动公式，实现碰撞后的平滑移动及电力巡检人物碰撞后的椭球体滑动处理。

系统接口技术

本平台与 其它 所需展示的系统接口程序采用Web Service模式。它是基于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得Web Service能与其他兼容的组件进行互操作。Web Services 利用 SOAP(简单对象访问协议)和 XML(Extensible Markup Language可扩展标记语言 )对这些模型在通讯方面作了进一步的扩展以消除特殊对象模型的障碍。XML是用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，提供统一的 方法 来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言，非常适合 Web 传输。

本平台的一大功能是可以展示不同系统的实时参数，不同的系统有不同的编程方式，而且像Scada系统，数据量大，且实时性要求很高，接口程序需要设计的灵活、高效，扩展性好。

与Scada系统接口：Scada系统中有所有电力设备所有遥测、遥信数据，本平台需要快速、便捷的从如此庞大的数据量中检索出所需的数据是个难点

与变电站辅控系统接口：本平台需要从辅控系统中要快速便捷地检索出实时图像、及智能报警信号，而图像的文件一般比较大，快速流畅地在3D平台中展示是个难点。

预留与其它系统的接口：因为本平台可以融合其它多种系统平台的数据，所以要求它在扩展性上做到有足够的冗余设计。

4 结论

基于虚拟现实(VR)技术的统一监控平台三维系统采用先进的软硬件技术，在系统功能方面立足电力变电站智能化管理和安全运行的实际情况，解决了传统管理中很多人工难以解决的问题，同时面向变电站整体模块，克服过去各系统数据条块分割、人工关联的弊端，从变电站实际指挥、运行诊断、检修操作等实际使用的角度出发，实现变电运行设备数据准确及时的采集，电气设备、各种监控装置等真实位置场景及实时状态进行直观、立体、逼真的集中再现及变电站三维巡视的漫游、数据记录、外观记录、巡视分析报告录入等数据的直观、统一再现。规范了业务流程的管理，减少了人工和材料损耗，实现了信息数据及分析的自动生成，实现了变电运行的智能及集中化管理。

参考文献

[1]陈卓等.基于虚拟现实的变电站培训仿真巡视功能研究 [J].现代计算机(下半月版)，2010(09).

[2]张照彦等.虚拟现实在变电站仿真中的应用 [J].计算机仿真，2008，25(2).

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VR技术在游戏领域的应用                    171520332 诸陈元 前言：     1. VR技术的发展现状和技术特点 VR是Virtual Reality的简称，首次提出VR这个概念是在上世纪60年代初期，中文解释是虚拟现实，它的实现方式是通过计算机系统和传感器技术结合而生成的一个三维环境，这项技术的优势是人机交互，VR可以调动用户的听觉、视觉、触觉等感官系统，让用户有种身临其境的虚拟体验。 论VR技术在游戏领域的应用 摘要:科技界技术发展和变革是飞速发展的，近年来VR这个词一夜之间占据了科技届的头条，国内外的VR科技成果接二连三的发布，各路科技巨头也纷纷宣布进军VR市场，什么是VR?本文就VR的发现现状和使用的领域进行了分析和研究。 关键词: VR技术;发展现状;游戏应用领域正方观点：这项技术在上世界80年代后逐步成型，最早是被应用到军事领域内，最近几年依托于云计算、大数据的融合、传感器制作水平的进步、移动通讯网技术4G和5G技术的成熟，VR已经在直播、航天、游戏多个领域快速发展。VR是-项通过计算机科学、人机交互、传感科技、人工智能多个学科共同实现的集成技术，首先是通过计算机的图像处理制成逼真的视觉、听觉、嗅觉效果，来模拟成-个逼真的虚拟空间，然后在让参与者借助于一定的科技装备，来实现虚拟和现实的交互式勇，当体验者使用设备进行移动的同时，与此同时电脑会通过回传的信号进行精密的计算，快速的将制作的3D画面与设备的移动进行匹配，保证用户的临场感，要进行一套完成的VR技术需要借助于以下的技术来进行实现，具体包含如下内容CG技术、电脑仿真技术、人工智能、传感水平、显示设备、网络连接等技术才可以实现。简要的表达就是通过计算机辅助来实现的高端虚拟成像技术，让使用者借助于计算机处理的复杂性课时数据进行交互操作的平台，这对于传统的人机视窗操作来时说科技界的重大创新。 理论支撑1： 1956 年，摄影师Morton Heilig发明了Sensorama，一款集成体感装置的3D互动终端，它集成3D显示器、立体声音箱、气味发生器以及振动座椅，用户坐在上面能够体验 到6部炫酷的短片，体验非常新潮。当然，它看上去硕大无比，像是一台医疗设备，无法成为主流的娱乐设施。 理论支撑2： 1968年问世的Sword of Damocles（达摩克利斯之剑），是麻省理工学院实验室研发的头戴显示器，其设计非常复杂，组件也非常沉重，所以需要一个机械臂吊住头戴来使用。 理论支撑3： Oculus Rift复兴了虚拟现实技术，把它重新带回大众视野中。2009年，其创始人在Kickstarter上发起众筹活动，在很短时间内便获得超过10000 个支持者，备受关注。此后，第三方资金不断涌入，让Oculus Rift得以高速发展。 2014年，社交巨头Facebook宣布以20亿美元收购Oculus，Oculus Rift也在经过了数个DK版本之后，正式于今年1月开放消费者版预购、于3月在全球20多个国家及地区出货。至此，虚拟现实真正步入了消费电子市场。 从科幻到现实，从1957到现在，VR设备的发展被许多人形容为是“将梦变为现实”的过程，尽管还存在不足，还面临坎坷，我们依然有理由期待VR将有光明的未来，毕竟每项科技都是这样一路跌撞走来，渐渐成长的。反方观点： 1、连接线和空间要求是最大阻力 VR产品有很多不成熟的地方，比如价格、比如佩戴舒适性等等等等，不过最影响体验的还是现在的连接线。那Oculus Rift或者HTC VIVE来说，他们的体感很好，技术也非常优秀，但由于庞大的数据传输，导致还无法实现无线模式，另外供电也需要有线方式。 2、现有存储和显示影响体验 由于VR时代的场景是360度的，所以对存储空间的占用几乎是呈现几何性增长的，对显示、处理器等硬件的要求也非常高。现在一部PC游戏大作动辄20、30GB空间占用，到了VR时代，一部完整庞大的内容恐怕消耗的是上百GB甚至TB为单位空间占用的。 3、主机问题难以解决 既然提到了存储空间消耗的问题，就不得不说硬件的问题，在我体验过的一些VR场景当中，一些第一人称设计游戏，即便在训练房间当中而非模拟世界环境，也需要消耗大量的资源，比如一款模拟设计飞行器的游戏，要演算爆炸、飞行器、场景非常复杂，需要至少i5以上处理器以及GTX980以上级别的显卡才能流畅运行。而且场景还是受到严格控制的。 理论支撑1： RB2可以说是第一款商业虚拟现实设备，其设计与目前主流产品已经非常相似，并且配有体感追踪手套，可实现操作。然而，其经过高达50000美元起，在1984年无疑是天价。 理论支撑2： 著名游戏厂商世嘉曾计划在1993年发布基于其MD游戏机的虚拟现实头戴显示器，设备看上去非常前卫。遗憾的是，在早期非公开试玩测试中，测试者反应平淡，最终世嘉以“体验过于真实、担心玩家会受到伤害”为理由，取消了该项目。 理论支撑3： 1995 年，任天堂发布32位游戏机Virtual Boy，这是一款非常另类的游戏机，其主机是一个头戴显示器，但只能显示红黑两色。另外，碍于当时技术限制，游戏内容基本上都是2D效果，再加上较低的分 辨率和刷新率，极易使用户产生眩晕和不适感。最终，任天堂的虚拟现实游戏计划在短短不到一年时间便宣告失败。我的观点： 1、沉浸感让内容“活”起来 VR的优势之一就是具有更高的唯独，相比传统的视频内容，它具备360度全景画面，用户也就是主角可以身临其境，通过声音、全面影响感受气氛和氛围，空间感、距离感都会更有层次。 2、体感技术让产品更有说服力 如果只是表现视频内容让屏幕罩上整个面部，模拟真实眼镜的视觉环境，那么实际上也没有太大意义。最关键的地方在于利用大量传感器的体感技术逐渐成熟。 3、简易版VR让产品快速普及 这种简易版产品成为了普及VR让大众了解并且接受的重要阶段。相比其它硬件发展的过程，VR的入门门槛无疑降低了很多，只要有一部智能手机，几十块钱的预算也能让你体验VR技术的魅力，可能体验感并不好，但至少入门了。 理论支撑1： 如果游戏没有成为虚拟现实技术的主要用途，那么必定非娱乐业莫属。电影院的观众已经在享受3D电影了，但是有了类似Oculus Cinema的app，观众可以更加沉浸在电影体验里。他们可以通过VR头显设备投射出的巨大虚拟屏幕看电影，就好像在自己的个人影院里。在图像和声音效果的包围中，他们会觉得自己身临其境。 理论支撑2： VR技术在游戏领域正以日新月异的速度进行升级，众多硬件产品相继问世的同时，在软件方面也得到了Unity、Unreal Engine等引擎的支持，让开发者更为容易的接触到虚拟现实游戏。 理论支撑3： 纵观游戏的发展历程，人类对于游戏的追求始终都在向着虚拟现实的方向前进。目前，在售的虚拟现实设备中的游戏多为一些Demo，对于玩家来说可玩性并不高，但足以体验到虚拟现实技术带来的震撼、新奇感受。 案例分析： 前段时间索尼终于宣布VRPlayStaTIon虚拟现实头显将于十月与消费者见面。随着PSVR的推出，索尼将跻身Facebook、HTC和三星这些科技大牌，共同见证虚拟现实技术将如何改变人们的娱乐方式：不管是看电影、玩游戏还是与其他用户社交。 要是能（在虚拟世界里）身临其境，自己踩在松软的沙滩上，看着海水漫过脚尖，谁还会想无聊地坐在电视前看海呢？回顾发布会现场，索尼与一些视频游戏及传媒公司一起，提前展示了部分开发中的虚拟现实体验产品，Social VR是参展的其中一款游戏，玩家身处在青山环绕的虚拟沙滩上，可以和其他玩家一起踢球，也能参加舞会派对。没错，虚拟世界里也能跳舞了。这个卡通世界里还有更加刺激的体验。随后我被带到了空中，飞得很高，底下的树变得越来越小，我飞过山顶，甚至看到蓝色的海洋延伸至地平线外。当然，飞得再高，也总要落地，很快，我就开始了自由落体。这可是心跳加速的体验。现实中，我的双脚还稳稳地站在发布会现场，但看到自己垂直下落，地平线离我越来越近，我的心跳也变得越来越快。我以前没试过跳伞。但总算是在虚拟现实世界里体验过一次了。 结论： 中心句：VR技术在游戏行业还有很大的潜在发展空间。 论文结构：本文通过正反两面论述VR技术在游戏行业的发展。 总结：因此我认为VR技术将在未来成熟时打破现在的游戏模式成为领军行业。如果我们只因为在发展中遇到了一些问题而因噎废食，那么科技就不会前进和发展。马克思曾经说过这样一句话“事物的发展是前进但曲折的过程。”VR技术在发展过程中的确存在并暴露了许多问题，并且今后很有可能还会继续存在和暴露，但正因为有了这些问题的出现，技术才有进步的空间。参 考文献： 基于VR平台的室内互联式体验 李婧雯 艺海. 2020年07期 探究游戏设计中VR技术的优势与实践应用 季红芳 电脑知识与技术. 2019年33期