[发明专利]基于计算机协同工作的沉浸式电力培训协作方法

摘要

一种基于计算机协同工作的沉浸式电力培训协作方法，可提高电力培训仿真运行支撑平台(RTI)实时性，利用该方法对多个学员进行作业协同培训时，通过增强学员对体现场景的沉浸感和增强学员的协同工作能力，达到对电力生产保障能力的提升。包括以下步骤：步骤1：构建基于虚拟现实技术的交互培训系统，络交换机，选用高速以太网组网，采用虚拟现实头盔和立体弧幕投影两种沉浸式立体显示方式；选用CSCW组播技术使仿真工作站实时通信；用CSCW组播技术来扩展仿真工作站RTI；学员分别以监护员、操作员、负责人的角色交互，完全按照变电站实际运行的工作流程，协同完成一个任务。

主权项

1.一种基于计算机协同工作的沉浸式电力培训协作方法，其特征是：步骤如下：步骤一：构建基于虚拟现实技术的交互培训系统基于虚拟现实技术的交互培训系统，包括立体弧幕、图像虚拟现实头盔、动作捕捉器、位置跟踪器、仿真工作站、主工作站和网络交换机，选用高速以太网组网，采用1GbE的网卡和网线来构建高速以太网，其两个节点间单向传输512字节包的速度是75微秒；采用虚拟现实头盔和立体弧幕投影两种沉浸式立体显示方式；主工作站用来供教员进行虚拟操作，并将视频信号传送到融合机并通过6台投影输出到大型弧幕上；仿真工作站通过数据线连接动作捕捉器，实时获取操作人和监护人人体的动作捕捉数据并驱动虚拟人与虚拟场景的设备实现交互操作；主工作站通过负责人佩戴3D眼镜的方式，沉浸式地体验变电站一二次设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，进行变电站设备虚拟巡视、检查、漫游、操作及事故案例处理过程；动作捕捉器实时获取学员运动关键位置的空间坐标和运动姿态数据，并实时将数据传送给网络中的仿真工作站，以更新虚拟人物角色相应的关节旋转角度，从而实现虚拟人物的控制和场景交互操作；图像虚拟现实头盔配套位置跟踪器，通过实时追踪头盔上的位置感应点，实时获取头盔的空间位置和方位并传送给网络中的仿真工作站，来实时更新头盔内显示的三维影像和大型弧幕上的仿真场景；步骤二：选用CSCW组播技术使仿真工作站实时通信采用CSCW的终端组播方式，由HLA的时间管理来解决CSCW所面对的并发问题，培训仿真中所用的CSCW组播通信仅完成HLA的非受控受限的消息的收发，扩展的RTI的通信方式：其中心方框代表RTI的服务进程，四周圆圈代表被联邦成员所调用的libRTI线程；一侧星型拓扑保留HLA/RTI所有六大类服务的功能，而另一侧新增四个联邦成员间的网状通信拓扑(Mesh)实现了CSCW的终端组播功能，用于联邦成员间交互彼此的三维绘图信息，这些绘图数据不影响仿真事件的时空一致性，只是达到协同仿真系统视觉上的“你见即我见”，用来提高虚拟现实环境下的沉浸式逼真度；步骤三：用CSCW组播技术来扩展仿真工作站RTI利用RTI所支持的HLA服务来扩展libRTI线程，使其增添CSCW的终端组播功能；在RTI的libRTI库中包含RTI成员大使和RTI回调大使两类接口，应用程序在实现这些RTI回调大使接口时，或是通过主动调用RTI成员大使接口来查询并执行，或是通过响应libRTI线程发来的消息来执行；对于实时数据的传输，则通过响应libRTI线程发来的消息来执行；步骤四：学员分别以监护员、操作员、负责人的角色交互，完全按照变电站实际运行的工作流程，协同完成一个任务；在协同作业过程中，学员按照各自的角色、任务分工在仿真系统上进行仿真实操，用户之间采用文字或/和语音通信方式进行沟通交流；在学员操作时，包括大电网仿真程序在内的所有联邦成员依旧按固定的仿真步长协同推进，采用的推进策略是既受限又受控；同时学员联邦成员和教员联邦成员在时刻监听libRTI线程利用windows消息机制发来的运动和操作消息，并负责在显示线程中更新画面的显示。