CN203825856U - 配电仿真训练系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种配电仿真训练系统，该系统包含：洞穴状的训练间，侧壁设有投影屏幕；分布于训练间内的位置跟踪器；受训人员穿戴的动作捕捉设备；动作信息采集机，其输入端电路连接位置跟踪器和动作捕捉设备；仿真场景存储模块，其存储预设的仿真场景信息；图像合成机，其输入端电路连接动作信息采集机和仿真场景存储模块；图像生成机，其输入端网络连接图像合成机；投影仪，其输入端电路连接图像生成机，投影输出对准投影屏幕。本实用新型采用半封闭空间并配合投影建立配电操作仿真的硬件环境，通过将预制的仿真场景与受训人员的仿真操作进行合成与适当交互，投射给受训人员查看，实现增强受训人员现场真实操作体验、提高培训效果。
Description
技术领域
本实用新型提供一种仿真训练系统，具体涉及一种基于洞穴状自动虚拟系统的配电仿真训练系统。
背景技术
CAVE（Cave Automatic Virtual Environment）——洞穴状自动虚拟系统，是一种基于投影的沉浸式虚拟现实显示系统。它用于产生一个可供多人使用的完全沉浸式的三维虚拟环境。CAVE由于其良好的沉浸感和交互性，被广泛的应用于科研、军事、航天和仿真培训等领域。
配电的培训不能在现场设备上进行，目前传统的配电培训大多是在计算机上完成的，学员使用鼠标和键盘来对计算机中电力设备进行操作，以此达到培训的目的。但是，这种培训方式与真实场景有很大不同，很难让学员产生身临其境的沉浸感和现场真实操作的体验。
实用新型内容
本实用新型提供一种配电仿真训练系统，建立用于仿真训练的硬件设备环境，增强现场真实操作体验，提高培训效果。
为实现上述目的，本实用新型提供一种配电仿真训练系统，其特点是，该系统包含：
训练间，其具有半封闭的洞穴状空间，训练间的侧壁设置有投影屏幕；
位置跟踪器，其分布设置于训练间内；
由受训人员穿戴的动作捕捉设备；
动作信息采集机，其输入端电路连接位置跟踪器和动作捕捉设备，采集并输出受训人员的动作信息与位置信息；
仿真场景存储模块，其存储预设的仿真场景信息；
图像合成机，其输入端电路连接动作信息采集机和仿真场景存储模块的输出端；
图像生成机，其输入端网络连接图像合成机的输出端；
投影仪，其输入端电路连接图像生成机的输出端，投影输出端分别对准投影屏幕。
上述图像合成机与图像生成机之间通过网络交换机进行网络通信。
每个上述投影屏幕配备有两组图像生成机和投影仪，该两组图像生成机和投影仪分别生成渲染左、右眼的三维场景图像投射于投影屏幕，该配电仿真训练系统还包含由受训人员携带匹配三维场景图像的立体眼镜。
该系统还包含靠近训练间设置的音响设备。
上述动作捕捉设备采用由受训人员戴在手上的动作捕捉手套。
上述动作捕捉设备采用由受训人员全身穿戴的动作捕捉衣。
上述训练间内设有三面相邻的侧壁，该三面侧壁中相邻的两侧壁之间呈直角。
上述三面侧壁上分别设有投影屏幕，每个投影屏幕分别对应设有投影仪。
本实用新型配电仿真训练系统和现有技术的配电训练技术相比，其优点在于，本实用新型基于洞穴状虚拟系统技术，采用半封闭空间并配合投影建立配电操作仿真的硬件环境，通过动作捕捉设备采集受训人员的操作动作，并通过由集成电路实现的图像合成机将预制的仿真场景与受训人员的仿真操作进行合成与适当交互，并将合成的仿真操作的图像通过投影仪投射在训练间中给受训人员查看，以实现增强受训人员现场真实操作体验、提高培训效果的目的；
本实用新型还设有立体眼镜和音响设备，立体眼镜实现仿图像的三维化，提高受训人员的视觉感受，音响设备增加训练期间的环境声音仿真，增强受训人员现场真实操作体验、提高培训效果；
本实用新型采用动作捕捉手套或动作捕捉衣作为受训人员的动作捕捉设备，操作中使用简单，增加仿真真实性。
附图说明
图1为本实用新型配电仿真训练系统的硬件结构示意图；
图2为本实用新型配电仿真训练系统的图像合成机的电路框图；
图3为本实用新型配电仿真训练系统的图像生成机的电路框图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。
如图1所示，本实用新型提供一种基于CAVE的配电仿真训练系统，该系统集成了图形处理站、网络交换机6、位置跟踪器1、动作捕捉设备2、立体眼镜、投影仪8、音响的硬件设备。
配电仿真训练系包含有训练间，该训练间采用一个具有半封闭空间的洞穴状房间，其中一个侧壁设有进入口，其余侧壁则设有投影屏幕9，用于仿真操作图像投射。本实施例中训练间设有三面相邻的作为图像投射的侧壁，该三面侧壁中相邻的两侧壁之间呈直角设置，该三面内侧壁上分别设有投影屏幕9，每个投影屏幕9分别对应设有投影仪8，图像分别通过三个投影屏幕9对应的投影仪8投射到三面内侧壁上组成一个整体的仿真的配电训练场景。训练间用于投射图像的内侧壁还可以做成弧形或环形屏幕以投射场景图像，提高仿真的体验。
优选的，训练间用于投射图像的侧壁整体由投影屏幕9制成，投影仪8分别设置于训练间侧壁的背面（训练间外侧），投影口正对于投影屏幕9，实现训练间的仿真投影。
或者，训练间用于投射图像的侧壁为实体，投影屏幕9设置在内侧壁上，在训练间不作为投影的一侧设置对应的投影仪8，分别对投影屏幕9进行投射。
若干位置跟踪器1分布设置于训练间内，用于实时采集训练间中受训人员的位置信息并输出。
动作捕捉设备2由受训人员穿戴，以捕捉受训人员的动作信息并输出。动作捕捉设备2可以采用由受训人员戴在手上的动作捕捉手套或者采用由受训人员全身穿戴的动作捕捉衣，动作捕捉手套即为数据手套，动作捕捉衣采用光学数据衣。动作捕捉手套和动作捕捉衣上都根据人体的骨骼关节设置有动作信息采集节点，随着受训人员的动作即采集各个节点相互间的相对位置移动信息，整合成受训人员整体的动作信息。
图形处理站包含有动作信息采集机3、图像合成机4、仿真场景存储模块5和图像生成机7。
动作信息采集机3的输入端电路连接位置跟踪器1和动作捕捉设备2，采集并处理受训人员的动作信息与位置信息，将受训人员的动作信息与位置信息转为仿真受训人员图像信息。该动作信息采集机3采用集成电路实现，本实施例中，动作信息采集机3可以采用ADuC812数据采集芯片。
仿真场景存储模块5用于存储预设的仿真场景信息，该仿真场景信息包含实际配电操作现场场景的仿真图像以及用于操作练习的仿真设备图像。
图像合成机4的输入端电路连接动作信息采集机3和仿真场景存储模块5的输出端，动作信息采集机3输出仿真受训人员图像信息至图像合成机4，仿真场景存储模块5输出预设的仿真场景信息至图像合成机4，图像合成机4接收仿真受训人员图像信息和预设的仿真场景信息，将上述接收的图像信息合成，仿真受训人员图像合成进仿真场景及设备图像，实现受训人员在仿真场景及设备图像中进行操作行为的仿真图像。本实施例中将一个整体的图形分为三个图像分别投影在三面投影屏幕9上，在训练间内组成一个整体的仿真场景。本实用新型中图像合成机4采用集成电路实现。
如图2所示，为图像合成机4的电路框图，其包含信号输入模块41，输入端电路连接信号输入模块41输出端的脉冲噪声处理模块42，输入端电路连接脉冲噪声处理模块42输出端的色彩处理模块43，控制信号产生模块46，输入端电路连接控制信号产生模块46输出端的场景生成模块45，输入端分别电路连接场景生成模块45和色彩处理模块43的存储器44（RAM），输入端电路连接存储器44输出端的通信模块47，存储器44的输出端还电路连接至脉冲噪声处理模块42。
信号输入模块41接收动作信息采集机3采集的仿真受训人员图像信息，输出至脉冲噪声处理模块42进行降噪，传输至色彩处理模块43进行色彩渲染在输出至存储器44。控制信号产生模块46输出启动信号，启动场景生成模块45接收仿真场景存储模块5的预设的仿真场景信息产生仿真场景信号，并输出至存储器44，再经过脉冲噪声处理模块42和脉冲噪声处理模块42优化后，经上述处理的仿真受训人员图像信号和仿真场景信号的通过通信模块47输出。
图像生成机7输入端网络连接图像合成机4的输出端。可以设置若干个图像生成机7，每个图像生成机7分别与一个投影仪8对应，接收用于组成一个整体仿真场景的部分图像信息，并生成用于投影仪读取的图像信号。本实用新型中图像生成机7采用集成电路实现。
如图3所示，为图像生成机7的电路框图，其包含通信模块71、控制信号产生模块73，输入端分别电路连接通信模块71和信号产生模块73的存储器72（RAM），及其输入端电路连接存储器72输出端的图形输出模块74。
通信模块71通过网络交换机6接收图像合成机4的输出，输送至存储器72，图像输出模块74根据接收的信号进行图像的产生并输出合成的图像信号至投影仪8。
本实施例中，图像合成机4与图像生成机7之间通过网络交换机6进行网络通信。
投影仪8输入端电路连接图像生成机7的输出端，投影输出端分别对准投影屏幕9。
本实施例中，设有三组对应的图像生成机7和投影仪8，图像合成机4将整体180度的受训人员在仿真场景及设备图像中进行操作的仿真图像分为三部分，分别发送至三个图像生成机7，图像生成机7分别生成图像信号发送至其对应的投影仪8，投影仪8各自将图像投射到三面投影屏幕9上，在三面投影屏幕9上组成一个整体的仿真图像，形成仿真的配电训练场景。
优选的，每个投影屏幕9配备有两组图像生成机7和投影仪8，该两组图像生成机7和投影仪8分别生成渲染左、右眼的三维场景图像投射于一面投影屏幕9，在投影左眼图像的投影机前加上偏正镜，在投影右眼图像的投影机前加上旋转90度偏正镜，受训人员戴上与三维场景图像匹配的立体眼镜后，左右眼的偏振镜可实现相应的旋转，从而产生具有3D景深效果的立体影像。
优选的，配电仿真训练系统还包含靠近训练间设置的音响设备，该音响设备可根据投影的仿真场景播放相应的音频信息，增加临场感受。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种配电仿真训练系统，其特征在于，该系统包含：
训练间，其具有半封闭的洞穴状空间，训练间的侧壁设置有投影屏幕；
位置跟踪器，其分布设置于训练间内；
由受训人员穿戴的动作捕捉设备；
动作信息采集机，其输入端电路连接所述位置跟踪器和动作捕捉设备，采集并输出受训人员的动作信息与位置信息；
仿真场景存储模块，其存储预设的仿真场景信息；
图像合成机，其输入端电路连接所述动作信息采集机和仿真场景存储模块的输出端；
图像生成机，其输入端网络连接所述的图像合成机的输出端；
投影仪，其输入端电路连接所述图像生成机的输出端，投影输出端分别对准所述投影屏幕。
2.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，所述图像合成机与图像生成机之间通过网络交换机进行网络通信。
3.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，每个所述投影屏幕配备有两组图像生成机和投影仪，该两组图像生成机和投影仪分别生成渲染左、右眼的三维场景图像投射于投影屏幕，该配电仿真训练系统还包含匹配三维场景图像的立体眼镜。
4.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，该系统还包含靠近训练间设置的音响设备。
5.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，所述动作捕捉设备采用由受训人员戴在手上的动作捕捉手套。
6.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，所述动作捕捉设备采用由受训人员全身穿戴的动作捕捉衣。
7.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，所述训练间设有三面相邻的侧壁，该三面侧壁中相邻的两侧壁之间呈直角设置。
8.如权利要求7所述的配电仿真训练系统，其特征在于，所述三面侧壁上分别设有投影屏幕，每个投影屏幕分别对应设有投影仪。
9.如权利要求1所述的配电仿真训练系统，其特征在于，所述动作信息采集机、图像合成机与图像生成机采用集成电路。
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Cited By (3)
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| CN104464431A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 北京科东电力控制系统有限责任公司 | 一种电力安全培训实体仿真系统 |
| CN110059387A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-26 | 广州供电局有限公司 | 变电站仿真场景生成装置 |
| CN111179654A (zh) * | 2020-02-14 | 2020-05-19 | 广东电网有限责任公司 | 一种基于cave的沉浸式电网抢险仿真训练系统 |
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