變電站三維漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

第第頁(yè)變電站三維漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究為保證變電站系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行，就要首先保證變電站中的各個(gè)基礎(chǔ)電氣設(shè)備是否能正常運(yùn)行，所以變電站日常巡檢操作始終是變電站運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。并且近年來(lái)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，假如變電站中基礎(chǔ)設(shè)施消失事故會(huì)對(duì)變電站平安運(yùn)行造成較大影響，所以變電站的日常巡檢操作的正確執(zhí)行對(duì)變電站平安穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的。因此，必需對(duì)變電站的日常巡察工作加以重視。變電站三維漫游系統(tǒng)能夠更好的模擬變電站的日常巡察操作，讓操作人員能夠便利快捷的學(xué)習(xí)認(rèn)知變電站日常巡檢的操作重點(diǎn)。本文主要致力于設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)變電站三維漫游系統(tǒng)，主要對(duì)變電站的日常巡檢操作進(jìn)行模擬仿真。本文以VS2022為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采納3DSMAX三維建模工具、Unity3D可視化嬉戲引擎以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)變電站三維漫游系統(tǒng)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了變電站電氣設(shè)備、變電站周邊環(huán)境、人物三維模型的創(chuàng)建，以及變電站日常巡檢操作的模擬。變電站三維漫游系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)變電站三維漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為五部分，包括三維模型的創(chuàng)建，人物骨骼動(dòng)畫(huà)制作，漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)以及界面系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。三維模型的創(chuàng)建主要包括變電站中一、二次設(shè)備的創(chuàng)建和人物模型的創(chuàng)建，動(dòng)畫(huà)制作主要為人物骨骼動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括對(duì)各電氣設(shè)備巡檢及人物漫游，系統(tǒng)界面及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。變電站三維漫游系統(tǒng)的主要功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3D建模

系統(tǒng)設(shè)備建模使用3DSMAX建模工具，變電站三維模型是變電站三維漫游系統(tǒng)最為基礎(chǔ)的資源，本文三維場(chǎng)景結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容如圖2所示。使用3DSMAX三維建模軟件，其建立冗雜物體時(shí)具有特別獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以較精準(zhǔn)的創(chuàng)建出三維模型，通過(guò)材質(zhì)貼圖使模型更加精細(xì)，更加真實(shí)。使用三維建模軟件，嚴(yán)格根據(jù)變電站場(chǎng)景的真實(shí)尺寸進(jìn)行創(chuàng)建。利用搜集到的資料，包括變電站設(shè)備的真實(shí)尺寸、設(shè)備設(shè)計(jì)圖、真實(shí)設(shè)備圖片等信息進(jìn)行建模；用Photoshop對(duì)素材進(jìn)行處理，將處理后的素材作為模型的貼圖或材質(zhì)。最終導(dǎo)出FBX格式文件。變電站中的一、二次電氣設(shè)備形狀相對(duì)冗雜，特別樣子較多，采納分塊建模的方法，使用3DSMAX軟件中的擠出、放樣等方法制作，最終把零散的模塊打組成一個(gè)完好的模型。以變壓器為例，如圖3所示。對(duì)于變電中的綜合場(chǎng)景模型，更偏重對(duì)模型材質(zhì)的處理，以此到達(dá)更逼真的效果。例如，變電站中周邊環(huán)境樹(shù)木的建立，采納材質(zhì)貼圖的方法，制作輕易且方法簡(jiǎn)潔。變電站完好模型如圖4所示。人物模型建模較為冗雜，要將整個(gè)人物作為一個(gè)統(tǒng)一的整體，并掌握建模的精度，所以選擇采納多邊形建模。建模完成后，使用Photoshop繪制貼圖，給予人物。然后對(duì)人物模型進(jìn)行骨骼動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)，用來(lái)模擬人物行走等操作。主要過(guò)程如圖5所示。

漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

變電站三維漫游功能所仿真的是變電站的基本的巡檢功能，在變電站的場(chǎng)景漫游中，操作人員可以從任意角度觀看變電站內(nèi)的全部一次高壓設(shè)備、二次測(cè)量愛(ài)護(hù)設(shè)備以及變電站的整體環(huán)境。在漫游系統(tǒng)中，操作人員可以自由轉(zhuǎn)換視角、操作設(shè)備并進(jìn)行設(shè)備資料的學(xué)習(xí)。

漫游巡察

漫游巡察是系統(tǒng)交互的重要功能，Unity3D主要采納人物尋路及視角掌握的方法實(shí)現(xiàn)人物漫游，漫游操作主要由三個(gè)參數(shù)掌握，包括視點(diǎn)、觀看點(diǎn)以及向上方向。如圖6所示，視點(diǎn)為人的眼睛，觀看者的位置也就是視點(diǎn)的位置；觀看點(diǎn)是人眼睛所看的物體的位置；向上方式指的是頭的朝向，它確定了觀看物體的方式。變電站的巡察工作主要目的是查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行狀況，以便準(zhǔn)時(shí)發(fā)覺(jué)設(shè)備的潛在隱患。巡察主要包括正常巡察、定期巡察、全面巡察以及特別巡察。本文主要討論220kV變電站的正常巡察，實(shí)現(xiàn)其漫游功能。正常巡察內(nèi)容主要包括設(shè)備是否完好無(wú)損，聲音是否正常；變壓器油，油色，油溫，油位是否正常及有無(wú)泄漏，外殼接地是否良好，各類(lèi)標(biāo)志是否齊全等。

人物視角掌握

變電站三維漫游中虛擬人物的視角掌握是三維仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的重要環(huán)節(jié)。本文主要實(shí)現(xiàn)了自由視角掌握以及第三人稱視角掌握，對(duì)于不同方式的漫游采納不同視角掌握，增添了變電站三維漫游仿真的敏捷性。自由視角掌握和第三人稱視角掌握的主要區(qū)分如表1所示。

自動(dòng)尋徑

系統(tǒng)中的路徑探究需要快速精確計(jì)算出一條較好的自動(dòng)繞過(guò)障礙物的最短路徑，使人物從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)。本文主要采納NAV導(dǎo)航網(wǎng)格尋路算法。這種算法是把地圖劃分成多個(gè)凸多邊形，基于A*算法遍歷查找最短路徑。A*路點(diǎn)尋路是將地圖劃分為規(guī)章的等大的區(qū)域網(wǎng)格，而NAV導(dǎo)航網(wǎng)格對(duì)地圖的預(yù)處理以及地圖發(fā)生改變時(shí)的處理都更加冗雜，主要是將地圖上的可達(dá)區(qū)域根據(jù)肯定的算法劃分成多個(gè)三角形區(qū)域，使用A*算法找到路徑經(jīng)過(guò)的三角形，對(duì)已經(jīng)連接好的三角形路線進(jìn)行拐角點(diǎn)推斷，從起點(diǎn)開(kāi)頭逐個(gè)連接這些拐角點(diǎn)，直到連接到終點(diǎn)，得到最終路線。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與Unity3D結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)主要包括設(shè)備信息表、漫游信息表、巡檢路徑信息表等，表與表之間是互相關(guān)聯(lián)的關(guān)系。執(zhí)行漫游功能時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，顯示在相應(yīng)位置，也記錄相應(yīng)信息，寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。以漫游信息表為例，如表2所示。

界面系統(tǒng)及功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)UI實(shí)現(xiàn)采納NGUI插件對(duì)系統(tǒng)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，NGUI插件功能完好，效率高、性能好，相對(duì)Unity3D自帶的GUI框架有許多優(yōu)勢(shì)。依據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)以及實(shí)際需求，主要完成了以下功能。系統(tǒng)開(kāi)頭界面，首先打開(kāi)系統(tǒng)，進(jìn)入的是開(kāi)頭界面，點(diǎn)擊開(kāi)頭按鈕進(jìn)入系統(tǒng)，點(diǎn)擊退出按鈕關(guān)閉系統(tǒng)，如圖7所示。點(diǎn)擊進(jìn)入按鈕進(jìn)入系統(tǒng)加載頁(yè)面，由于變電站場(chǎng)景模型相對(duì)較大，加載需要一段時(shí)間，所以加載頁(yè)面用來(lái)過(guò)度進(jìn)入系統(tǒng)場(chǎng)景，使該過(guò)程更加流程。加載頁(yè)面如圖8所示。進(jìn)入系統(tǒng)后，為漫游系統(tǒng)的主操作界面，主操作界面主要分為四個(gè)區(qū)域，中心區(qū)域?yàn)槿S仿真操作場(chǎng)景，兩側(cè)為幫助操作區(qū)域，左上角為設(shè)備巡檢方式按鈕，左下角為工具欄區(qū)域，右上角為小地圖顯示，實(shí)時(shí)顯示虛擬人物位置。當(dāng)左上角復(fù)選框被勾選時(shí)，為路徑漫游狀態(tài)，人物從當(dāng)前位置開(kāi)頭執(zhí)行巡檢漫游任務(wù)，根據(jù)規(guī)定路線對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行巡檢，并記錄相關(guān)信息。該場(chǎng)景下默認(rèn)選擇第三人稱視角。如圖9所示。當(dāng)左上角復(fù)選框未勾選時(shí)，為自主漫游狀態(tài)，操作人員可以依據(jù)實(shí)際狀況，自由進(jìn)行巡檢漫游任務(wù)?？梢酝ㄟ^(guò)鍵盤(pán)‘W’、‘A’、‘S’、‘D’鍵掌握人物移動(dòng)，也可以通過(guò)鼠標(biāo)左鍵，點(diǎn)擊地面，掌握人物移動(dòng)，也可以點(diǎn)擊界面下方標(biāo)有電氣名稱的按鈕，人物即可自動(dòng)尋路到相應(yīng)電氣設(shè)備，人物停止后，操作人員可以通過(guò)鼠標(biāo)右鍵及鼠標(biāo)中鍵，在自由視角掌握下，查看電氣設(shè)備狀態(tài)，并記錄相應(yīng)巡檢信息。如圖10所示。自主漫游操作狀態(tài)下，操作人員雙擊場(chǎng)景內(nèi)電氣設(shè)備，彈出設(shè)備參數(shù)對(duì)話框，該對(duì)話框包括三個(gè)部分：設(shè)備參數(shù)、設(shè)備圖片、巡檢記錄。設(shè)備信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取，巡檢記錄寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖11所示，以變壓器為例。

結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了基