本發(fā)明涉及電力培訓(xùn)領(lǐng)域，尤其涉及一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)：

海底電纜工程的建設(shè)受地域建設(shè)條件、海洋工程條件和施工設(shè)備等條件的限制，工程建設(shè)涉及技術(shù)領(lǐng)域廣泛，投資規(guī)模較大，施工技術(shù)復(fù)雜。海纜敷設(shè)于海床后，還要根據(jù)海纜路由地質(zhì)情況，對海纜進(jìn)行的保護(hù)措施，包括海纜埋深、沖埋、套管、拋石等防護(hù)穩(wěn)固施工。同時由于海底地形復(fù)雜、捕撈船只作業(yè)頻繁等特殊因素的影響，使得海底電纜工程的施工和運行維護(hù)工作尤為復(fù)雜，對海纜線路管理及運維人員提出了相當(dāng)高的要求。

海底電纜敷設(shè)施工作業(yè)是一項專業(yè)性強、涉及面廣、技術(shù)含量高、安全措施嚴(yán)格、作業(yè)工況復(fù)雜的工作，從事帶電作業(yè)的人員須經(jīng)過系統(tǒng)、全面、有效的培訓(xùn)，才能勝任該項工作任務(wù)。到目前為止，還未形成權(quán)威、統(tǒng)一的海底電纜敷設(shè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實際作業(yè)主要依靠借鑒歷史經(jīng)驗。同時也未形成系統(tǒng)有效的海底電纜敷設(shè)培訓(xùn)方法和體系對現(xiàn)場施工人員、管理人員的培訓(xùn)主要是通過理論講解、經(jīng)驗傳授等教學(xué)形式。但由于海底電纜運行環(huán)境的特殊性和工藝的復(fù)雜性，僅僅采用傳統(tǒng)的理論和經(jīng)驗教學(xué)，已完全不能滿足培訓(xùn)的實際需求。

傳統(tǒng)的3d模擬培訓(xùn)方式采用左右眼偏振光接收原理，人的左右眼接收兩組不同偏振方式的畫面,在大腦合成立體影像，這種主要是靠“欺騙”大腦的三維成像方式，長時間觀看三維場景會使人產(chǎn)生暈眩等感受。此外，由于3D立體眼鏡對人眼部包覆不嚴(yán)等不足，使得沉浸體驗效果欠佳。

基于此，急需對現(xiàn)有海底電纜敷設(shè)施工作業(yè)培訓(xùn)模式、手段進(jìn)行研究，設(shè)計開發(fā)一種安全、高效、低成本、形象直觀、沉浸效果好的海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法，對于促進(jìn)海底電纜敷設(shè)培訓(xùn)工作的常態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化開展具有重要作用，同時也有利于作業(yè)經(jīng)驗的固化及推廣，具有較大的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及其使用方法，以提升對海底電纜的模擬敷設(shè)培訓(xùn)效果為目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括柜體、設(shè)于柜體上的操作臺和顯示屏，用于觀看顯示屏的立體眼鏡，設(shè)于柜體內(nèi)的工作機，所述的操作臺上設(shè)有觸摸屏和控制開關(guān)，所述的立體眼鏡為帶有獨立控制器的虛擬現(xiàn)實眼鏡，所述的工作機為圖形工作站，所述的虛擬現(xiàn)實眼鏡、顯示屏和觸摸屏均通過數(shù)據(jù)傳輸線與柜體內(nèi)的圖形工作站相連，所述的圖形工作站包括用于處理數(shù)據(jù)及外設(shè)設(shè)備輸入信號的處理器和存儲有三維仿真培訓(xùn)模塊、用戶模塊、資料模塊及考試模塊的數(shù)據(jù)存儲器。 通過圖形工作站和帶有獨立控制器的虛擬現(xiàn)實眼鏡，可以逼真的模擬作業(yè)現(xiàn)場，使仿真培訓(xùn)效果更好。

作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征。

所述的柜體頂部設(shè)有音響系統(tǒng)，音響系統(tǒng)通過傳輸線與圖形工作站相連。通過音響系統(tǒng)使仿真模擬更逼真，聲形俱備，把音響系統(tǒng)設(shè)于柜體頂部，使之與人頭部更近，效果更好。

所述的操作臺上的控制開關(guān)包括音量旋鈕和開關(guān)按鈕。便于關(guān)停操作和音量調(diào)節(jié)。

所述的音量旋鈕和開關(guān)按鈕設(shè)于觸摸屏的右側(cè)上部。方便大部分人的右手操作原則。

一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

1）受訓(xùn)學(xué)員按下開關(guān)按鈕，啟動仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；

2）受訓(xùn)學(xué)員在觸摸屏上通過用戶模塊進(jìn)行注冊、登錄，進(jìn)入培訓(xùn)系統(tǒng)；

3）受訓(xùn)學(xué)員戴上虛擬現(xiàn)實眼鏡，選擇模擬仿真培訓(xùn)的作業(yè)項目，進(jìn)入海底電纜敷設(shè)的3D作業(yè)場景，旁觀者通過顯示屏觀看作業(yè)過程；

4）受訓(xùn)者在模擬作業(yè)場景中按照作業(yè)流程，完成海底電纜敷設(shè)施工作業(yè)仿真；

5）仿真訓(xùn)練結(jié)束，關(guān)閉系統(tǒng)。

所述的模擬仿真培訓(xùn)的作業(yè)項目可通過虛擬現(xiàn)實眼鏡獨立控制器在眼鏡視景中選擇，也可以在觸摸屏上直接點選；所述的作業(yè)項目包括施工準(zhǔn)備、首端登陸施工、中間段敷埋、終端登陸施工及后續(xù)保護(hù)。虛擬現(xiàn)實眼鏡中內(nèi)置有三維作業(yè)項目軟件，通過獨立控制器在虛擬現(xiàn)實眼鏡視景中選擇作業(yè)項目，也可以在觸摸屏上直接點選，獨立控制器可通過紅外感應(yīng)，實現(xiàn)虛擬人在三維場景中的漫游、工器具選擇、關(guān)鍵步驟操作等人機交互。使用操作方便。

所述的虛擬現(xiàn)實眼鏡中的畫面同步顯示在顯示屏上；所述的虛擬現(xiàn)實眼鏡中的畫面為通過3D模擬仿真技術(shù)生成360度海底電纜敷設(shè)作業(yè)場景。虛擬現(xiàn)實眼鏡中的畫面可同步顯示在所述顯示屏上，供旁觀者觀看，不同的是，在虛擬現(xiàn)實眼鏡中呈現(xiàn)的是度全景效果，顯示屏上顯示的是普通平面圖像。

受訓(xùn)學(xué)員還可以在觸摸屏上選擇資料模塊或考試模塊，來查詢項目相關(guān)資料或進(jìn)行理論考試。可以實現(xiàn)資料查詢或考試等多種功能。

所述的海底電纜敷設(shè)的3D作業(yè)場景和作業(yè)工具模型的建立包括以下步驟：

1）確定海纜施工模型或海洋場景要求；

2）拍攝全方位高精度現(xiàn)場照片；

3）通過模型照片和設(shè)計尺寸3DMAX中制作模型；

4）通過photoshop處理照片，制作模型貼圖；

5）在3Dmax中輸出模型文件為.FBX格式，待Unity程序調(diào)用；

6）在Unity程序中對.FBX格式文件進(jìn)行處理，輸出作業(yè)工具或3D作業(yè)場景模型。

在Unity引擎把.FBX模型文件調(diào)入內(nèi)存，生成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，然后采用高清晰度紋理貼圖覆在模型結(jié)構(gòu)上，加上燈光、霧化，在貼紋理過程中采用了多級細(xì)化的紋理過濾技術(shù)和多紋理融合技術(shù)。多級細(xì)化紋理過濾技術(shù)的使用既模擬了紋理的透視效果，又減少了處理時的運算量；多紋理融合技術(shù)能夠在一個通道內(nèi)使用紋理、陰影、鏡面光、漫射光和其他一些特殊效果，提高程序執(zhí)行時的幀速度。

有益效果：

1、提供了一種改進(jìn)的海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法，提升了海底電纜敷設(shè)仿真模擬培訓(xùn)的真實感，將復(fù)雜的海底施工作業(yè)場景直觀真實地呈現(xiàn)在學(xué)員面前，使得海底電纜敷設(shè)培訓(xùn)不受時間、空間、天氣等因素影響，降低了培訓(xùn)成本。

2、提出了一種基于Unity平臺的海底電纜敷設(shè)三維視景系統(tǒng)構(gòu)建方法，提高了程序的運行速度及場景模擬真實度。

3、利用先進(jìn)的VR技術(shù)，為受訓(xùn)者提供了一種完全沉浸式的海底作業(yè)環(huán)境和作業(yè)體驗，有利于提高培訓(xùn)效率、效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明使用原理圖。

圖2是本發(fā)明使用方法流程圖。

圖3是本發(fā)明3D作業(yè)場景和作業(yè)工具建模流程圖。

圖中：11-柜體；102-顯示屏；103-觸摸屏；104-音量旋鈕；105-；開關(guān)按鈕106-音響系統(tǒng)；107-圖形工作站；201-虛擬現(xiàn)實眼鏡；202-獨立控制器；203-傳輸線。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括柜體101、設(shè)于柜體101上的操作臺和顯示屏102，用于觀看顯示屏102的立體眼鏡，設(shè)于柜體101內(nèi)的工作機，所述的操作臺上設(shè)有觸摸屏103和控制開關(guān)，所述的立體眼鏡為帶有獨立控制器202的虛擬現(xiàn)實眼鏡201，所述的工作機為圖形工作站107，所述的虛擬現(xiàn)實眼鏡201、顯示屏102和觸摸屏103均通過數(shù)據(jù)傳輸線203與柜體101內(nèi)的圖形工作站107相連，所述的圖形工作站107包括用于處理數(shù)據(jù)及外設(shè)設(shè)備輸入信號的處理器和存儲有三維仿真培訓(xùn)模塊、用戶模塊、資料模塊及考試模塊的數(shù)據(jù)存儲器。 通過圖形工作站107和帶有獨立控制器202的虛擬現(xiàn)實眼鏡201，可以逼真的模擬作業(yè)現(xiàn)場，使仿真培訓(xùn)效果更好。

為了取得更好的仿真模擬效果，所述的柜體101頂部設(shè)有音響系統(tǒng)106，音響系統(tǒng)106通過傳輸線203與圖形工作站107相連。通過音響系統(tǒng)106使仿真模擬更逼真，聲形俱備，把音響系統(tǒng)106設(shè)于柜體101頂部，使之與人頭部更近，效果更好。

為了便于調(diào)節(jié)操作，所述的操作臺上的控制開關(guān)包括音量旋鈕104和開關(guān)按鈕105。便于關(guān)停操作和音量調(diào)節(jié)。

為了符合大部分人的使用習(xí)慣，所述的音量旋鈕104和開關(guān)按鈕105設(shè)于觸摸屏103的右側(cè)上部。方便大部分人的右手操作原則。

一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

1）受訓(xùn)學(xué)員按下開關(guān)按鈕105，啟動仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；

2）受訓(xùn)學(xué)員在觸摸屏103上通過用戶模塊進(jìn)行注冊、登錄，進(jìn)入培訓(xùn)系統(tǒng)；

3）受訓(xùn)學(xué)員戴上虛擬現(xiàn)實眼鏡201，選擇模擬仿真培訓(xùn)的作業(yè)項目，進(jìn)入海底電纜敷設(shè)的3D作業(yè)場景，旁觀者通過顯示屏102觀看作業(yè)過程；

4）受訓(xùn)者在模擬作業(yè)場景中按照作業(yè)流程，完成海底電纜敷設(shè)施工作業(yè)仿真；

5）仿真訓(xùn)練結(jié)束，關(guān)閉系統(tǒng)。

為了便于實現(xiàn)視控操作，所述的模擬仿真培訓(xùn)的作業(yè)項目可通過虛擬現(xiàn)實眼鏡201獨立控制器202在眼鏡視景中選擇，也可以在觸摸屏103上直接點選；所述的作業(yè)項目包括施工準(zhǔn)備、首端登陸施工、中間段敷埋、終端登陸施工及后續(xù)保護(hù)。虛擬現(xiàn)實眼鏡201中內(nèi)置有三維作業(yè)項目軟件，通過獨立控制器202在虛擬現(xiàn)實眼鏡201視景中選擇作業(yè)項目，也可以在觸摸屏103上直接點選，獨立控制器202可通過紅外感應(yīng)，實現(xiàn)虛擬人在三維場景中的漫游、工器具選擇、關(guān)鍵步驟操作等人機交互。使用操作方便。

為了方便監(jiān)控，所述的虛擬現(xiàn)實眼鏡201中的畫面同步顯示在顯示屏102上；所述的虛擬現(xiàn)實眼鏡201中的畫面為通過3D模擬仿真技術(shù)生成360度海底電纜敷設(shè)作業(yè)場景。虛擬現(xiàn)實眼鏡201中的畫面可同步顯示在所述顯示屏102上，供旁觀者觀看，不同的是，在虛擬現(xiàn)實眼鏡201中呈現(xiàn)的是度全景效果，顯示屏102上顯示的是普通平面圖像。

為了便于查詢和考試，受訓(xùn)學(xué)員還可以在觸摸屏103上選擇資料模塊或考試模塊，來查詢項目相關(guān)資料或進(jìn)行理論考試?？梢詫崿F(xiàn)資料查詢或考試等多種功能。

所述的海底電纜敷設(shè)的3D作業(yè)場景和作業(yè)工具模型的建立包括以下步驟：

1）確定海纜施工模型或海洋場景要求；

2）拍攝全方位高精度現(xiàn)場照片；

3）通過模型照片和設(shè)計尺寸3DMAX中制作模型；

4）通過photoshop處理照片，制作模型貼圖；

5）在3Dmax中輸出模型文件為.FBX格式，待Unity程序調(diào)用；

6）在Unity程序中對.FBX格式文件進(jìn)行處理，輸出作業(yè)工具或3D作業(yè)場景模型。

為了提升程序的執(zhí)行效率，在Unity引擎把.FBX模型文件調(diào)入內(nèi)存，生成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，然后采用高清晰度紋理貼圖覆在模型結(jié)構(gòu)上，加上燈光、霧化，在貼紋理過程中采用了多級細(xì)化的紋理過濾技術(shù)和多紋理融合技術(shù)。多級細(xì)化紋理過濾技術(shù)的使用既模擬了紋理的透視效果，又減少了處理時的運算量；多紋理融合技術(shù)能夠在一個通道內(nèi)使用紋理、陰影、鏡面光、漫射光和其他一些特殊效果，提高程序執(zhí)行時的幀速度。

本實例中，所述圖形工作站為PC工作站，與其他圖形工作站相比，PC工作站發(fā)展速度快，成本相對更低，應(yīng)用較普遍。

以上圖1-3所示的一種海底電纜敷設(shè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及其使用方法是本發(fā)明的具體實施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本發(fā)明實質(zhì)性特點和進(jìn)步，可根據(jù)實際的使用需要，在本發(fā)明的啟示下，對其進(jìn)行形狀、結(jié)構(gòu)等方面的等同修改，均在本方案的保護(hù)范圍之列。