基于多人协同虚拟现实的主变应急培训应用研究

熊山 郭建龙 祁彦威 李晓莹 吴澄凯

摘 要：为了提高主变应急培训能力，提出基于多人协同虚拟现实的主变应急培训视景仿真模型。以火灾应急演练为研究对象，构建主变应急培训的虚拟视景图像重构模型，并对虚拟视景环境参数进行结算，根据参数结果的计算，进行主变应急培训过程中的虚拟现实仿真，实现主变应急培训的虚拟现实VR仿真模型的优化设计。测试结果表明，采用该方法进行主变应急培训的虚拟视景仿真的协同性较好，图像融合性能较高，视景重构能力较强。

关键词：多人协同;虚拟现实;主变应急培训;视景仿真

中图分类号：TP399      文献标识码：A

Abstract：In order to improve the emergency training ability of the main transformer， a visual simulation model for main transformer emergency training based on multi-person collaborative virtual reality is proposed. Taking the fire emergency drill as the research object， the virtual vision image reconstruction model of the main transformer emergency training is constructed， and the virtual vision environment parameters are settled， and the virtual reality simulation in the main transformer emergency training process is carried out according to the calculation of the parameter results， and the virtual reality VR simulation model of the main transformer emergency training is optimized. The test results show that the virtual vision simulation of the main transformer emergency training has better synergy， high image fusion performance and strong visual reconstruction capability.

Key words：multi-person cooperation; virtual reality; main transformer emergency training; visual simulation

多人協同虚拟现实技术是利用图像处理技术进行虚拟视景重建，通过虚拟仿真方法，构建灵境系统模型，并应用在各种火灾演练和培训系统中，降低演练的成本开销的同时，提高了培训演练的效率。研究基于虚拟现实的主变应急培训系统模型，在优化应急演练培训中具有重要意义[1]。

传统方法中，采用3DStudio MAX和Multigen Creator进行火灾主变应急演练培训虚拟视景模型设计[2-3]，采用纹理映射技术进行火灾主变应急演练培训虚拟视景重建，取得了较好的视景重构效能，但上述方法进行主变应急培训的自适应性较差，人机交互能力弱。

针对上述问题，提出了基于多人协同虚拟现实的主变应急培训视景仿真模型。以火灾应急演练为研究对象，构建主变应急培训的虚拟视景图像重构模型，实现主变应急培训的虚拟现实VR仿真模型的优化设计。最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高主变应急培训的虚拟现实模拟和视景仿真能力方面的优越性能。

1 主变应急培训的虚拟视景模型和参数设置

1.1 主变应急培训的虚拟视景模型

构建基于虚拟现实技术的分布式主变应急培训模型，采用MAYA、SoftImage、LightWave3D等三维仿真软件进行虚拟现实应急培训模型的实体模型设计[4]，结合本体存储系统，进行主变应急培训的三维视景仿真和特征重构，以AMCC为主控芯片，进行主变应急培训系统的总体设计构架，构建SPI接口，进行主变应急培训的虚拟现实仿真模型的外围设备控制，在SD模式下进行总线控制[5]，得到虚拟现实仿真模型的模块化设计，得到主变应急培训的虚拟现实系统的总体结构如图1所示。

3 仿真实验与结果分析

为了测试本方法在实现主变应急培训视景仿真中的应用性能，进行实验测试分析。开发环境CPU为Inter Pentium 4 3000 MHz，内存1.5 G，主变应急培训图像的视觉图像采样样本集为800，三维视觉分块区域大小为256×256×224，模糊特征匹配系数为1.26，主变应急培训的虚拟视景图像成像的特征分辨率为300×500，参数写入过程如图2所示，界面如图3所示。

得到实现过程如图2所示。

采用多人协同控制方法进行主变应急培训过程中的虚拟现实仿真，进行火灾应急演练虚拟视景三维模拟图像的跟踪渲染，得到主变应急培训的视景仿真输出如图4所示。

由图4得到本文系统输出的仿真视景环境，其中，图4（a）是通过多人协作进行的应急模拟训练，在该仿真输出结果中进行本文系统的性能测试。

3.1 不同系统仿真环境图像网格分块精度

分别对3DStudio MAX、Multigen Creator系统以及本文系统进行测试，检测测试不同系统仿真环境图像网格分块精度，得到对比结果见表1。

分析表1得知，本系统的网格分块精度较高，具备较好的主变应急培训视景仿真的分辨力，这是由于本系统利用应急培训视景的子区域获取有用特征，结合灰度像素分解方法，通过有用特征进行匹配块的区域分布分析，最终实现高精度的环境图像网格分块。

3.2 不同系統像素匹配程度

测试像素匹配程度，以救火场景的火苗为测试对象，通过不同系统构建的火灾火苗图像进行对比，通过直面观察，分析火苗清晰度及细节部分，判断不同系统像素匹配程度，对比结果如图5所示。

分析图5中结果表明，采用该方法进行主变应急培训的虚拟视景仿真的清晰度较高，这是由于本文系统采用图像特征融合方法，利用有效特征实现虚拟视景的构建，因此本文方法的视景重构能力较强，具有很好的输出性能。

4 结 论

采用图像信息处理技术进行三维实体模型设计，在虚拟视景仿真环境中建立主变应急培训系统，提出了基于多人协同虚拟现实的主变应急培训视景仿真模型。建立主变应急培训视景图像的有限元分析模型，采用多人协同控制方法进行主变应急培训过程中的虚拟现实仿真，进行火灾应急演练虚拟视景三维模拟图像的跟踪渲染，实现主变应急培训的虚拟现实VR仿真模型的优化设计。分析得知，采用本文方法进行主变应急培训的虚拟视景仿真的协同性较好三维模拟图像的跟踪渲染能力较强，具有很好的视景重构能力。

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