CN107665615A - 一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压电缆附件安装培训，更具体地，涉及一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统。一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，包括交互层模块，应用层模块，支持层模块，数据层模块组成。本发明通过安装教程模块可以实现高压电缆附件的在线教学，同时安装仿真模块可以在短期内让培训人员快速掌握高压电缆复杂的结构及安装工艺，有助于附件安装人员技能的培养，同时也可用于附件安装人员的考核。

Description

一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统

技术领域

本发明涉及高压电缆附件安装培训，更具体地，涉及一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统。

背景技术

目前高压电缆附件安装仍依靠纯手工工艺进行，要求安装人员对安装工艺及图纸结构有很好的熟悉程度。同时，电缆附件问题也是高压电缆系统发生故障的主要原因之一，对于电缆运维工作者，掌握附件安装工艺及结构是电缆系统故障分析的基础。高压电缆附件种类、形式繁多，不同厂家产品技术特点各异，利用有限的附件安装观摩机会，运维工作人员很难掌握附件安装工艺及结构特点。加之，高压电缆附件安装过程工序复杂、耗时较长，主要零部件价格昂贵、不可重复利用等特点，增加了实操培训的难度。本发明为解决上述问题，开发了一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，极大地方便了运维人员对高压电缆附件安装过程的在线培训，有助于运维人员熟练掌握高压电缆附件安装技巧，同时也为高压电缆附件安装培训节省了大量人力物力财力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件培训系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，所述的系统包括交互层模块，应用层模块，支持层模块，数据层模块，其中：

交互层模块作为安装仿真系统最上层，用于处理虚拟环境下的人机交互事物；通过处理并响应用户输入的事件和命令，将信息传递给应用层；同时，提供友好交互界面，将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户；

应用层模块主要体现系统的应用功能，应用层模块的应用功能需要得到支持层模块的算法及技术支持，应用层模块接收来自交互层模块的数据后运行相应的应用功能，并把应用功能处理后的数据发送到交互层模块中；

支持层模块是仿真系统运行的核心，为应用层提供算法及技术支持；

数据层模块是整个系统的底层数据平台，用于储存、维护和管理系统的零部件信息、安装信息等基础数据。

以下对本发明作进一步说明，具体的描述如下：

1.交互层模块

所述的交互层模块作为安装仿真系统最上层，用于处理虚拟环境下的人机交互事物。通过处理并响应用户输入的事件和命令，将数据信息传递给应用层；同时，提供友好交互界面，将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户；交互层模块是用于用户与系统之间的人机交互的，包括输入设备、输出设备、以及交互层信息接收中心模块，交互层信息输出中心模块，其中：

所述的输入设备是一个用于用户操作系统的操作界面，包括鼠标、键盘、手套及VR外设，或者是其它的一些可以实现信息数据的输入设备。

所述的交互层信息接收中心模块用于接收处理输入设备传递的信息数据，并把数据传递给应用层模板。

所述的输出设备是将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户，包括投影仪、显示器或者是可视头盔。

2.数据层模块

数据层模块是整个系统的底层数据平台，用于储存、维护和管理系统的零部件信息、安装信息等基础数据。

所述的数据层模块主要包括附件几何模型信息存储块、附件安装序列存储块、工艺方法存储块，以及用于对“对受训者仿真培训情况”进行评价的规则、评价指标的权重分配原则的评分存储块，所述的数据层模块还包括存储用户的信息以及记录用户每次使用应用层模块产生的数据信息的使用信息存储块。

3.应用层模块

应用层模块主要体现系统的应用功能，应用层模块的应用功能需要得到支持层模块的算法及技术支持，应用层模块接收来自交互层模块的数据后运行相应的应用功能，并把应用功能处理后的数据发送到交互层模块中。

所述的应用层模块主要包括安装仿真模块、安装评价模块、以及安装教程功能模块，其中：

所述的安装仿真模块是系统的核心功能，采用人机交互的形式对不同类型的整个安装工序进行仿真，虚拟环境接收到外设采集的用户安装示意图，基于各元件的几何约束信息，经过约束识别、约束确认和约束运动等系列方法完成各零部件的定位及安装。

所述安装评价功能按照模块根据数据层模块中评分存储模块的评价标准、规则对用户的附件安装进行评价，并把评价后的最终结果存储在使用信息存储块中。

所述的安装教程功能模块可以按照用户的意愿，选择性的展示不同的类型附件的整个安装工序，受训者通过观看学习，可提升对附件安装工序的熟悉程度。

4.支持层模块

支持层模块是仿真系统运行的核心，为应用层提供算法及技术支持。

所述的支持层模块主要包括各部分零部件的虚拟模型构件模块、碰撞检测算法模块、安装引导及定位算法模块。

所述的虚拟模型构件模块从数据层模块中获取各类型附件零部件的几何模型、安装工具模型，并将这些模型及其约束关系的数据加载到虚拟安装系统中，建立虚拟场景及其相关模型。

所述的碰撞检测算法模块基于几何信息检测零部件间、零部件与场景中其它物体间的干涉情况，保证安装路径的可行性。

所述的安装引导及定位算法模块外设有动态捕捉用户安装意图，以识别零部件间几何约束关系，当满足约束条件时，采用定位求解方法减少零部件运动的自由度，使之在满足当前捕捉到约束下运动到目标位置，完成零部件的安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统。数据层模板的设置可以为应用层提供数据支撑；安装教程模块可以实现高压电缆附件的在线教学；同时安装仿真模块可以在短期内让培训人员快速掌握高压电缆复杂的结构及安装工艺，有助于附件安装人员技能的培养，同时也可用于附件安装人员的考核。

附图说明

图1为一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统架构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

图1为本发明一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统， 一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，包括交互层模块1，应用层模块2，支持层模块3，数据层模块组成4，其中：

交互层模块1作为安装仿真系统最上层，主要用于处理虚拟环境下的人机交互事物；通过处理并响应用户输入的事件和命令，将信息传递给应用层；同时，提供友好交互界面，将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户。

应用层模块2主要体现系统的应用功能，应用层模块2的应用功能需要得到支持层模块3的算法及技术支持，应用层模块2接收来自交互层模块1的数据后运行相应的应用功能，并把应用功能处理后的数据发送到交互层模块1中。

支持层模块3是仿真系统运行的核心，为应用层模块3提供算法及技术支持。

数据层模块4是整个系统的底层数据平台，用于储存、维护和管理系统的零部件信息、安装信息等基础数据。

其中，交互层模块1是用于用户与系统之间的人机交互的，包括输入设备11、输出设备12、以及交互层信息接收中心模块13，其中：

输入设备11是一个用于用户操作系统的操作界面，包括鼠标、键盘、手套及VR外设。

交互层信息接收中心模块13用于接收处理输入设备传递的信息数据，并把接收的信息数据传递给应用层模块2。

输出设备12是将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户，包括投影仪、显示器或者是可视头盔。

另外，数据层模块4主要包括附件几何模型信息存储块41、附件安装序列存储块42、工艺方法存储块43，以及用于对“对受训者仿真培训情况”进行评价的规则、评价指标的权重分配原则的评分存储块44，所述的数据层模块还包括存储用户的信息以及记录用户每次使用应用层模块产生的数据信息的使用信息存储块45。

其中，支持层模块3主要包括各部分零部件的虚拟模型构件模块31、碰撞检测算法模块32、安装引导及定位算法模块33。

虚拟模型构件模块31从数据层模块4中获取各类型附件零部件的几何模型、安装工具模型，并将这些模型及其约束关系的数据加载到虚拟安装系统中，建立虚拟场景及其相关模型。

碰撞检测算法模块32基于几何信息检测零部件间、零部件与场景中其它物体间的干涉情况，保证安装路径的可行性。

安装引导及定位算法模块33外设有动态捕捉用户安装意图，以识别零部件间几何约束关系，当满足约束条件时，采用定位求解方法减少零部件运动的自由度，使之在满足当前捕捉到约束下运动到目标位置，完成零部件的安装。

其中，应用层模块2主要包括安装仿真模块21、安装评价模块22、以及安装教程功能模23块，其中：

安装仿真模块21是系统的核心功能，采用人机交互的形式对不同类型的整个安装工序进行仿真，虚拟环境接收到外设采集的用户安装示意图，基于各元件的几何约束信息，经过约束识别、约束确认和约束运动等系列方法完成各零部件的定位及安装。

安装评价功能按照模块22根据数据层模块中评分存储模块的评价标准、规则对用户的附件安装进行评价，并把评价后的最终结果存储在使用信息存储块中。

安装教程功能模块23可以按照用户的意愿，选择性的展示不同的类型附件的整个安装工序，受训者通过观看学习，可提升对附件安装工序的熟悉程度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，其特征在于：所述的系统包括交互层模块（1），应用层模块（2），支持层模块（3），数据层模块（4），其中：

交互层模块（1）作为安装仿真系统最上层，用于处理虚拟环境下的人机交互事物；通过处理并响应用户输入的事件和命令，将信息传递给应用层模块（2）；同时，提供友好交互界面，将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户；

应用层模块（2）用于实现系统的应用功能，应用层模块（2）的应用功能需要得到支持层模块（3）的算法及技术支持，应用层模块（2）接收来自交互层模块（1）的数据后运行相应的应用功能，并把应用功能处理后的数据发送到交互层模块（1）中；

支持层模块（3）是仿真系统运行的核心，为应用层模块（2）提供算法及技术支持；

数据层模块（4）是整个系统的底层数据平台，用于储存、维护和管理系统的零部件信息、安装信息等基础数据。

2.根据权利要求1所述的基于现实技术的高压电缆附件安装培训系统，其特征在于：所述的交互层模块（1）用于用户与系统之间的人机交互的，其包括输入设备（11）、输出设备（12）、以及交互层信息接收中心模块（13），其中：

所述的输入设备（11）是一个用于用户操作系统的操作界面，包括鼠标、键盘、手套及VR外设；

所述的交互层信息接收中心模块（13）用于接收处理输入设备传递的信息数据，并把接收的信息数据传递给应用层；

所述的输出设备（12）是将应用程序反馈的处理结果显示或反馈给用户，包括投影仪、显示器或者是可视头盔。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，其特征在于：所述的数据层模块（4）包括附件几何模型信息存储块（41）、附件安装序列存储块（42）、工艺方法存储块（43），以及用于对对受训者仿真培训情况进行评价的规则、评价指标的权重分配原则的评分存储块（44），所述的数据层模块还包括存储用户的信息以及记录用户每次使用应用层模块产生的数据信息的使用信息存储块（45）。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的高压电缆附件安装培训系统，其特征在于：所述的支持层模块（3）包括各部分零部件的虚拟模型构件模块（31）、碰撞检测算法模块（32）、安装引导及定位算法模块（33）；

所述的虚拟模型构件模块（31）从数据层模块（4）中获取各类型附件零部件的几何模型、安装工具模型，并将这些模型及其约束关系的数据加载到虚拟安装系统中，建立虚拟场景及其相关模型；

所述的碰撞检测算法模块（32）基于几何信息检测零部件间、零部件与场景中其它物体间的干涉情况，保证安装路径的可行性；

所述的安装引导及定位算法模板（33）外设有动态捕捉用户安装意图，以识别零部件间几何约束关系，当满足约束条件时，采用定位求解方法减少零部件运动的自由度，使之在满足当前捕捉到约束下运动到目标位置，完成零部件的安装。

5.根据权利要求4所述的基于现实技术的高压电缆附件安装培训系统，其特征在于：所述的应用层模块（2）包括安装仿真模块（21）、安装评价模块（22）、以及安装教程功能模块（23），其中：

所述的安装仿真模块（21）是系统的核心功能，采用人机交互的形式对不同类型的整个安装工序进行仿真，虚拟环境接收到外设采集的用户安装示意图，基于各元件的几何约束信息，经过约束识别、约束确认和约束运动等系列方法完成各零部件的定位及安装；

所述安装评价模块（22）根据数据层模块中评分存储模块的评价标准、规则对用户的附件安装进行评价，并把评价后的最终结果存储在使用信息存储块中；

所述的安装教程功能模块（23）可以按照用户的意愿，选择性的展示不同的类型附件的整个安装工序，受训者通过观看学习，可提升对附件安装工序的熟悉程度。