CN207123961U - 用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于变电站培训领域，尤其涉及用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置。所述装置包括立体弧幕、体感动作捕捉器、第一立体投影机、第二立体投影机、多通道图像融合器、仿真主机、多人协同同步机、智能体机、负责人仿真移动终端、网络交换机和无线路由器。体感动作捕捉器通过数据线与仿真主机相连；所述仿真主机通过视频传输线与多通道图像融合器相连；所述多通道图像融合器通过视频传输线分别与第一立体投影机、第二立体投影机机相连；网络交换机构建局域网，通过网线与仿真主机和无线路由器相连；负责人移动终端通过无线局域网与多人协同模块和仿真主机相连。本装置采用投影式沉浸虚拟现实技术，使培训方式更加生动形象，提高了培训的效果。
Description
技术领域
本实用新型属于变电站培训领域，尤其涉及用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置。
背景技术
变电站是电力系统的重要组成部分，提高变电站操作人员的技术水平对保证电力系统安全、经济、优质地运行十分重要。目前针对变电站运行人员的技能培训多基于多媒体和桌面虚拟现实仿真技术的培训方式，这种具备培训内容标准化，重复利用性能高，并能支撑大量学员同时开展培训等特点，但在逼真度、真实感方面和物理设备仍存在一定的差距，用户通过鼠标和键盘操作繁琐，交互体验不佳，降低了培训的效率。另外变电站的运行任务通常由多人配合完成，目前的培训系统多采用单人模式，与实际的操作过程存在差异。
实用新型内容
针对背景技术中的问题，本实用新型的目的在于提供了一种用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置。本装置采用投影式沉浸虚拟现实技术，以逼真的三维场景和高度的沉浸感使培训人员完全沉浸于变电站一二次设备虚拟场景，使培训方式更加生动形象，从而提高了培训的效果。
为了实现上述目的，本实用新型提出如下技术方案：
一种用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置，所述装置包括立体弧幕、体感动作捕捉器、第一立体投影机、第二立体投影机、多通道图像融合器、仿真主机、多人协同同步机、智能体机、负责人仿真移动终端、网络交换机和无线路由器硬件设备，其中，
所述体感动作捕捉器通过数据线与仿真主机相连，将操作人和监护人的体感动作数据传送给仿真主机；
所述仿真主机通过视频传输线与多通道图像融合器相连，将图像数据实时传输给多通道图像融合器；
所述多通道图像融合器通过视频传输线分别与第一立体投影机、第二立体投影机机相连，将处理后的图像数据分别传输给第一立体投影机和第二立体投影机；
所述网络交换机构建局域网，通过网线与仿真主机和无线路由器相连；
所述负责人仿真移动终端通过无线局域网与多人协同模块和仿真主机相连；
所述立体投影机将三维画面投射到立体弧幕上。
进一步地，所述智能体机通过网线连接网络交换机接入局域网；所述智能体机根据当前训练任务的进度，将缺席角色的操作行为数据发送给仿真主机并驱动虚拟场景中的虚拟角色。
进一步地，所述体感动作捕捉器采用微软Kinect2.0，同时识别操作人和监护人两个角色的体感运动数据。
本实用新型的有益效果为：
(1)培训人员可以高度沉浸式的方式进行变电站运行任务的培训，使培训效果更深刻。
(2)培训人员可以实现采用自然交互的实现与变电站设备场景中的操作任务，提高培训交互的效率。
(3)可按照现场实际任务的人员配置进行多人协同式的仿真培训，提高任务培训的真实性。
(4)该装置可供多人进行参观和培训过程观摩，实现培训成果共享。
附图说明
图1是本实用新型的沉浸式多人协同训练装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方案作详细的阐述。具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本实用新型的范围或实施原则，本实用新型的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。
总体结构：
图1是本实用新型的沉浸式多人协同训练装置的结构图，如附图1所示，所述装置包括集成多通道立体弧幕、体感动作捕捉器、立体投影机、多通道图像融合器、仿真主机、多人协同同步机、智能体机、移动终端、网络交换机和无线路由器等硬件设备，实现沉浸式的多人协同的变电站仿真培训。
所述立体投影机将三维画面投射到立体弧幕上供人观看；体感动作捕捉器通过数据线与仿真主机相连，将操作人和监护人的体感动作数据传送给仿真主机；仿真主机通过视频传输线与图像融合器相连，将图像数据实时传输给多通道图像融合器；多通道图像融合器通过视频传输线与两台立体投影机相连，将处理后的图像数据传输给立体投影机；网络交换机构建局域网，通过网线与仿真主机和无线路由器相连，无线路由器构建无线局域网，负责人移动终端通过无线局域网于多人协同模块和仿真主机相连，实现多人协同的变电站仿真训练。
所述智能体机通过网线或者局域网和网络交换机相连，当参与训练的培训人员少于三人，操作人、监护人和负责人等三个角色无法全部由人工承担时，智能体机根据当前训练任务的进度，将缺席角色的操作行为数据发送给仿真主机并驱动虚拟场景中的虚拟角色，从而实现模拟缺席角色的操作行为。
本新型中使用的体感动作捕捉器采用微软Kinect2.0，可支持同时识别多个人的体感运动数据，本应用中体感动作捕捉器同时识别了操作人和监护人两个个角色的体感运动数据，基于一台仿真主机即可实现两个角色与仿真系统的交互，降低了装置的成本。
变电站仿真培训的任务通过由操作人、监护人和负责人三个角色完成，其中操作人进入变电站设备场景完成具体运行任务的各种操作；监护人进入变电站设备场景，监督并确认操作人的操作；负责人通常进行工作任务的布置，不进入变电站设备场景进行实际操作。根据不同角色的工作的仿真任务的特点，本装置中操作人和监护人的交互硬件采用沉浸感较强的立体弧幕和体感动作捕捉器，而负责人则采用基于移动终端的三维仿真硬件。
操作人和监护人通过立体弧幕和体感动作捕捉器进行变电站仿真交互，通过佩戴立体眼镜培训人员可在立体弧幕看到三维虚拟设备场景，立体弧幕中显示的三维视景随着培训人员的肢体运动而变化，从而实现沉浸感。
体感动作捕捉器可同时实时追踪操作人和监护人等两个角色的全身运动数据，并将全身运动数据传递给仿真主机，然后驱动三维虚拟场景中的虚拟人物角色进行场景漫游和操作交互；仿真主机实现三维场景的渲染并根据角色在虚拟场景中的漫游和交互更新三维场景将三维画面传递给图像融合器，图像融合器将三维画面经过融合处理分离成两幅三维画面，并分别传输给第一立体投影机和第二立体投影机，并投影到立体弧幕上。
负责人通过移动终端以点击和触摸的交互方式实现负责人的三维设备场景中的任务。不同角色之间可以通过三维画面看到对方的操作行为，操作行为数据通过多人协同同步机实现，首先由角色对应的仿真主机和移动终端将最近发生的操作行为通过网络发生给多人协同同步机，多人协同同步机记录下该角色的操作行为，并将操作行为发送给其他角色的仿真主机和移动终端。
立体弧幕和立体投影机
三维画面通过立体投影机将具有双眼视差的三维视频投影到立体弧幕上，培训人员站立在立体弧幕前面，由于立体弧幕覆盖了培训人员的大部分视野，同时又通过立体眼镜看到立体的三维设备场景，因此可产生较好的视觉沉浸感。
体感动作捕捉器
体感动作捕捉器通过光学测量的方式追踪操作人和监护人等两个角色的全身运动数据，并将全身运动数据传递给仿真主机，然后驱动三维虚拟场景中的虚拟人物角色进行场景漫游和操作交互。
仿真主机
仿真主机用于运行三维变电站仿真培训程序，主要可实现如下功能：
1)根据体感动作捕捉器的漫游操作更新当前三维场景的视点，并渲染当前三维画面并输出给多通道融合器；
2)根据体感动作捕捉器的交互操作计算交互操作对三维虚拟场景中设备状态的改变更新三维场景；
3)与多人协同同步模板进行数据通信，进行场景同步。
多人协同同步机
多人协同同步机实现对三维仿真场景中所有仿真对象状态的统一存储和分发管理。仿真主机接收到体感动作捕捉器的场景操作信息后计算出交互对场景仿真对象状态的改变，然后将改变后的仿真对象状态通过网络发送给多人协同同步机，多人协同同步机存储仿真对象状态后，再将仿真对象状态分发给负责人移动仿真终端；负责人移动仿真终端接收到用户通过触摸屏的场景操作交互操作后计算出对场景仿真对象状态的改变，然后将改变后的仿真对象状态通过网络发送给多人协同同步机，多人协同同步机存储仿真对象状态后，再将仿真对象状态分发给仿真主机。
负责人仿真移动终端
负责人仿真移动终端实现负责人角色的操作，主要通过移动终端的点击、触摸和滑动实现负责人的操作交互。
Claims (3)
1.用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置，所述装置包括立体弧幕、体感动作捕捉器、第一立体投影机、第二立体投影机、多通道图像融合器、仿真主机、多人协同同步机、智能体机、负责人仿真移动终端、网络交换机和无线路由器硬件设备，其特征在于，
所述体感动作捕捉器通过数据线与仿真主机相连，将操作人和监护人的体感动作数据传送给仿真主机；
所述仿真主机通过视频传输线与多通道图像融合器相连，将图像数据实时传输给多通道图像融合器；
所述多通道图像融合器通过视频传输线分别与第一立体投影机和第二立体投影机相连，将处理后的图像数据分别传输给第一立体投影机和第二立体投影机；
所述网络交换机构建局域网，通过网线与仿真主机和无线路由器相连；
所述负责人仿真移动终端通过无线局域网与多人协同模块和仿真主机相连；
所述立体投影机将三维画面投射到立体弧幕上。
2.根据权利要求1所述的用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置，其特征在于，
所述智能体机通过网线连接网络交换机接入局域网；所述智能体机根据当前训练任务的进度，将缺席角色的操作行为数据发送给仿真主机并驱动虚拟场景中的虚拟角色。
3.根据权利要求1所述的用于变电站培训的立体弧幕式的沉浸式多人协同训练装置，其特征在于，
所述体感动作捕捉器采用微软Kinect2.0，同时识别操作人和监护人两个角色的体感运动数据。
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|---|---|---|---|---|
| CN109256001A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-22 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种基于vr技术的动车组检修示教培训系统及其培训方法 |
| CN110033665A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-19 | 福建省电力有限公司泉州电力技能研究院 | 一种电力vr仿真培训的多人协同方法及装置 |
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| CN113593347A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-02 | 中国人民解放军63919部队 | 一种基于虚拟现实的多人协同训练系统 |
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