一、電力作業人員三維虛擬

1虛擬人物行為采用3DMax建模

建立骨骼動畫，繪制具有電力行業特點的人物骨骼MDL格式模型動畫虛擬人，根據現場作業特點繪制人物動作行為動畫。根據人體生理特點將人物定義成20個運動點的集合，定義人物模型模塊類及關聯，通過點的運動軌跡計算虛擬人物動作行為。針對設備操作點操作方式定義動畫幀，通過人機接口如鼠標、鍵盤、運動捕捉等方式實現對虛擬人進行控制，在變電站虛擬三維場景中進行作業，并表現人物作業行為。

抽象現場作業所涉及人的作業行為，包括行走、下蹲、攀爬、上階梯、按按鈕、開關柜門、推手車、扛梯、驗電、掛接地線等動作，實現動作行為與現場操作相關聯，如點擊開關柜門，調用虛擬人開柜門操作并打開開關柜門，點擊驗電點調用虛擬人手持驗電器進行驗電等。能夠體現虛擬人攜帶、檢查、使用安全器具和施工器具過程，如佩戴安全帽、穿工作負責人馬甲、佩戴絕緣手套、穿絕緣靴、扛梯行走、手持驗電器行走等。體現安全措施不到位造成的人身傷害后果，如帶電距離不夠造成電擊、高空跌落、墜物損傷等。

2虛擬人物實時碰撞檢測

采用八叉樹空間分割算法劃分虛擬三維場景區域及虛擬三維模型，通過當前碰撞源位置查找實際碰撞葉子節點。黑色節點表示含有碰撞源的葉子節點，白色節點表示不含碰撞源的葉子節點。針對虛擬三維場景中的虛擬三維模型采用多層次包圍盒的實時碰撞檢測法，用多層次包圍盒干涉檢測快速定位碰撞目標，再依據多層次包圍盒定位的碰撞目標模型，按照碰撞檢測的精度要求，進一步對模型三角形平面相交測試確定碰撞點。

在虛擬三維場景中，采用合適的碰撞檢測精度，虛擬人物在行動中與虛擬設備的碰撞為實時檢測，但碰撞精度要求不高，可以采用低精度的碰撞提高運算效率。虛擬人物對設備的操作，碰撞檢測精度要求高，卻只是通過用戶鍵盤鼠標觸發才執行，不會影響虛擬場景整體渲染效率。能夠有效提高碰撞檢測速度，同時依據不同的精度需求，達到虛擬場景中碰撞檢測精度和效率的平衡。通過虛擬人物對梯子、臺階的碰撞檢測，實現虛擬人攀爬、上下樓梯。

3網絡同步控制

針對供電作業的安全特點，電力安全作業過程中需要有工作負責人、監護人、操作人等多個角色在線共同參與協作，因此在多角色參與的作業過程中需要解決帶寬、網絡延遲、網絡丟包以及不同計算機性能造成的同步控制問題。虛擬三維場景中多角色協同作業對實時性要求很高，因此采用時間移動，移動過程中采用客戶端預測和客戶端修正的方法保持客戶端與服務器、客戶端與客戶端之間的同步，通過對網絡延時的預測和處理實現角色移動的同步，有效地解決了因同步問題造成的多臺機器顯示畫面不一致的問題。

二、系統應用

電力安全規程仿真系統主要功能以變電站虛擬三維場景全景為主，系統不僅模擬了繼電保護、五防系統和綜合自動化系統等各部分的功能，還實現了通過學員控制不同虛擬人物角色在虛擬三維場景中進行電力作業過程操作的人機交互功能，展現逼真的安全作業情景。例如有受培訓人員A和受培訓人員B在兩臺不同的客戶端分別以工作負責人和工作監護人的角色進入三維場景，監護人可以跟隨、監護工作負責人進行安全工器具拿取、檢查、驗電、分合開關和掛接地線等操作，兩臺客戶端同步虛擬人物的位置及動作，實現多人配合完成電力作業過程。

在碰撞檢測開啟的前提下，受培訓人員控制的虛擬人只能行走在正常路徑上前往作業地點，不能穿過實體建筑(如墻、柱子、設備等)。在符合安規的標準作業流程下，受訓人員在操作過程中會有風險提醒(如注意帶電距離、誤入帶電間隔等)，且根據環境條件設置的不同風險提示會有所不同。當受培訓人員在違反安規條款進行操作造成錯誤操作后果的，系統會根據實際情況在場景中給出聲、光、電的展示，以達到警示和提醒的作用。

例如受培訓人員A誤入帶電間隔，進行帶電掛接地線操作，此時受培訓人員A控制的虛擬人會發出一聲慘叫，帶電位置與人物之間出現弧光，虛擬人物應聲倒地，身上著火，造成設備損壞、人身傷害、傷亡等嚴重后果，進而引發電力安全生產事故通過仿真系統學員可以加深對安規的認識，有利于應用技能水平的提高，尤其是加深了學員對安規的理解，有利于提高學員對變電站內設備故障判斷和處理能力，取得了良好的培訓效果，提高了電網安全穩定運行的水平。系統可以隨著現場技術的發展而及時更新升級，從而滿足不斷提高的培訓需求。

三、結語

電力安全規程仿真系統作為一種新型的電力生產安全作業培訓方式，為提高電力運行人員的整體素質，保證電網的安全、穩定、經濟、可靠運行發揮了積極作用。系統的成功應用，可提高員工的安全風險意識、技術素養、運行技術技能水平，杜絕系統內人為不按規程錯誤操作所引發的事故，提高運行人員在發生事故時的快速決斷能力，具有推廣應用價值。

作者：閆瑞杰 李路 張建軍 常永慶  單位：山西電力職業技術學院 合肥盛柏科技有限公司