牵引变电站3D培训仿真系统设计开发

发布时间：2017-06-06 10:20

  本文关键词：牵引变电站3D培训仿真系统设计开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：牵引变电站是牵引供电系统的重要组成部分,负责将电力系统中的三相电通过牵引变压器转化为电力机车取流所需的单相电,牵引变电站的安全可靠运行对整个牵引供电系统的稳定运行具有重要意义。由于运行中的牵引变电站具有高压带电、设备昂贵等特点,传统的值班人员培训方法主要基于教材、视频、现场参观等展示手段,培训的直观性和可操作性都受到很大限制。本文将三维仿真技术引入到牵引变电站培训方式研究工作中,对于实际工程应用具有重要意义。本文研究从牵引变电站日常工作规范和标准作业流程入手,详细分析了牵引变电站三维培训仿真系统的功能需求和扩展需求,确定了研究方向和具体研究内容——通过三维模型构建具备真实感的牵引变电站虚拟场景,通过脚本解析机制构建具备通用性的业务流程模拟方式。最后通过三维仿真系统模拟牵引变电站的日常操作。在需求分析的基础上本文选择了三维建模软件3ds Max、三维仿真引擎Unity来进行牵引变电站三维培训仿真系统的设计开发。在牵引变电站三维培训仿真系统的设计开发方面,首先充分考虑系统的功能需求和拓展需求,按照模块化、结构化的设计思想将三维仿真系统设计为数据资源层、系统实现层、界面交互层三层结构,实现了底层资源、模块实现和用户交互的有效分离。然后本文就系统开发过程中的相关技术进行了详细介绍。在场景组织中采用树状结构,对牵引变电站内的一次设备、二次设备、场景环境、虚拟人物、操作工具分别进行了模型、材质和动画设计,设计过程中充分考虑各模型局部细节和建模注意事项,模型详略得当,效果逼真。在地形方面采用真实地形,设计了基于视角位置的地形块动态调度算法,在大地形仿真中节省了地形块渲染在计算机内存中的资源占用。在界面设计方面,充分考虑程序运行机制和用户操作习惯,通过数据库动态读取,设计了多场景、多任务的程序接口,引入异步加载机制有效实现了场景加载过渡,整体界面设计多样,过渡衔接自然。在培训任务程序模拟过程中,本文对标准作业流程进行分步解析,对其中关键操作步骤设计程序语言解析机制,设计业务脚本数据库模拟实际操作中的具体业务。在虚拟人物控制方面,采用碰撞检测提高场景漫游真实感。在场景设备的动画状态管理中,设计了动画状态机对设备初始动画状态进行设置,同时通过动画状态关联对不同动画之间的联动机制进行模拟。最后本文在完成整个牵引变电站三维培训仿真系统程序开发之后,还在沉浸式虚拟现实平台进行了仿真尝试,其高沉浸度、体感交互方式为行业应用研究提供了新思路。本文设计开发完成的牵引变电站三维培训仿真系统能够实现虚拟场景漫游、设备认知学习、标准化作业模拟、场景培训考核等多方面的教学培训功能,具有成本低、真实感强、操作安全等优点,为牵引变电站值班人员的培训方式研究提供了新方法新思路,具有一定的工程实际意义。
【关键词】：牵引变电站 三维 培训仿真 标准作业流程 三维建模 界面设计 虚拟现实
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM922.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 研究现状分析14-17
• 1.2.1 三维技术发展历程14-15
• 1.2.2 电力变电站培训仿真研究现状15-17
• 1.3 研究目的与内容17
• 1.3.1 研究目的17
• 1.3.2 主要研究内容17
• 1.4 论文章节安排17-19
• 第2章 牵引变电站三维培训仿真需求分析与开发工具19-29
• 2.1 牵引变电站日常工作19-24
• 2.1.1 牵引变电站认知20
• 2.1.2 巡视20-21
• 2.1.3 倒闸21-22
• 2.1.4 检修22
• 2.1.5 办理工作票22-23
• 2.1.6 异常处理23-24
• 2.2 三维仿真系统开发需求分析24-26
• 2.2.1 功能需求24-25
• 2.2.2 应用需求25
• 2.2.3 拓展需求25-26
• 2.3 开发工具简介26-28
• 2.3.1 3ds Max26
• 2.3.2 Unity26-27
• 2.3.3 SQLite数据库27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 牵引变电站三维培训仿真系统设计29-38
• 3.1 牵引变电站三维培训仿真系统技术开发路线29-30
• 3.2 牵引变电站三维培训仿真系统功能结构设计30-31
• 3.3 牵引变电站三维培训仿真系统层次结构设计31-36
• 3.3.1 数据资源层32-33
• 3.3.2 系统实现层33-36
• 3.3.3 用户交互层36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 牵引变电站三维培训仿真系统相关开发技术研究38-66
• 4.1 三维模型设计及场景组织38-46
• 4.1.1 电气设备及工具建模39-41
• 4.1.2 场景环境建模41
• 4.1.3 人物建模41-42
• 4.1.4 动画设计42-44
• 4.1.5 资源导入与场景构建44-45
• 4.1.6 建模相关注意事项45-46
• 4.2 地形构建46-51
• 4.2.1 基于视点位置的地形块更新46-47
• 4.2.2 动态调度下内存管理47-48
• 4.2.3 地形块动态调度算法48-49
• 4.2.4 地形加载实验分析49-51
• 4.3 界面搭建51-57
• 4.3.1 界面设计51-53
• 4.3.2 异步加载53-54
• 4.3.3 界面实现54-57
• 4.4 标准化作业流程程序语言解析57-63
• 4.4.1 详细作业流程57-59
• 4.4.2 脚本解析机制59-61
• 4.4.3 务编辑61-63
• 4.5 人物视角控制63-64
• 4.5.1 视角控制63
• 4.5.2 碰撞检测63-64
• 4.6 动画状态管理64-65
• 4.6.1 动画状态初始化64-65
• 4.6.2 动画状态关联65
• 4.7 本章小结65-66
• 第5章 牵引变电所的3D培训仿真系统功能测试66-73
• 5.1 功能测试66-70
• 5.1.1 场景漫游功能66-67
• 5.1.2 设备资料查询功能67
• 5.1.3 务培训功能67-68
• 5.1.4 场景考核功能68
• 5.1.5 其他功能68-70
• 5.2 性能测试70-72
• 5.2.1 计算机平台性能测试70
• 5.2.2 虚拟现实仿真70-72
• 5.3 本章小结72-73
• 结论73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果81

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本文编号：426097