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1、三维实时全息投影技术论文摘要：本文提出的全息互动展示技术在电网中的应用在企业展示和人员培训中有着举足轻重的作用。通过虚拟全息成像技术与体感识别技术的推广应用可以丰富电力信息系统的展现方式及互动方式，促进电网公司在智能电网方面的发展，通过虚拟现实将电力信息展示直观化、智能化：能够充分展现企业概况、企业文化、专家介绍，全方位提升企业品牌形象；能够让用户互动体验公司重点科技项目成果，突出企业工作亮点；能够让用户参与虚拟现实互动培训，提升培训效果；能够为企业节约大量的时间和经济成本，带来良好的经济效益与社会效益。1.引言全息投影技术其实就是实现真实的三维图像的记录和再现。记录的难题早在1947年，英国
2、匈牙利裔物理学家丹尼斯盖伯发明了全息投影术，他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。一般的三维图只是在二维的平面上通过构图及色彩明暗变化实现人眼的三维感觉，而全息立体摄影产生的全息图则包含了被记录物体的尺寸、形状、亮度和对比度等信息，能提供“视差”。观察者可以通过前后、左右和上下移动来观察图像的不同形象如同有个真实的物体在那里一样。全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示，本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360的任何角度观看影像的不同侧面。全息投影是一种无需配戴眼镜的
3、3D技术。三维全息投影是一种全新的立体显示技术，该技术可在三维空间中显示通透而细腻的立体影像，从各个角度全方位、立体化地展示设备形象。该技术具有超越传统的华丽而震撼的视觉冲击效果。用户无需任何辅助设备，即可观察设备的全方位形象。同时，该技术可以融入人机交互模块，实现用户与三维影像的实时互动，加深设备在用户心中的印象。Unity3D是一个多平台的游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎，具有更优秀的效果和更高的扩展空间。Unity3D对DirectX和OpenGL拥有高度优化的图形渲染管道。Unity3D支持所有主要文件格式，并能和大部分相关应用程序协调工作。低端硬件亦可流畅运行广阔复杂的场景
4、。Unity3D内置的NVIDIA、PhysX物理引擎能够带来逼真的互动感觉，实时三维图形混合音频流、视频流。Unity3D提供了具有柔和阴影与烘焙lightmaps的高度完善的光影渲染系统。Unity3D引擎具有具备开发过程技术要求高，高级渲染效果和用户定制支持远远高于其它的优势，非常适合设备虚拟全息展示在交互访问和逼真表现的需求。全息成像互动技术在电网中的应用研究目前在国内才刚刚起步，目前已知的技术运用有三维数字沙盘技术综合平台辅助电网工程建设的应用研究、电网全息数字地图在工程初步设计评审的应用、继电保护全息动作技术。虚拟全息成像互动技术在电网中的应用研究的引入，可以使过去只能通过看图表、
5、文字等抽象的信息的方式，转变为形象的三维全息互动展示方式，让使用者快速、直观的了解所要掌握的信息。2.技术背景三维全息投影系统由柜体、分光镜、射灯、视频播放设备组成，基于分光镜成像原理，通过对设备实拍构建三维模型的特殊处理，然后将拍摄的的设备影像或设备三维模型影像叠加进场景中，构成了动静结合的设备展示系统。不需要观众佩戴任何偏光眼镜，在完全没有束缚下就可以尽情观看三维立体显示特效，给人以视觉上的冲击，具有强烈的纵深感。2.1模型创建模型的创建可以使用3DS MAX也可以使用Maya等其他主流3D设计软件，也可以使用Pro/E，UGNX等专门的工业设计软件建模，然后转换为Unity3D展示模块可
6、识别的文件。创建模型不是本文阐述的重点，在这里不再详述。其中自定义动作是通过体感来控制播放模型文件中的指定动作，比如一次设备拆分成零件等。这些动作是在制作3D模型过程中实现的，没有任何局限，这样就能够达到更好的交互效果，从而提升展示效果。2.2全息场景搭建通过Unity3D摄像机系统建立一个前后左右全方位360度的拍摄环境，根据全息投影设备的大小估算出观众的观看距离和观看高度。从而确定虚拟摄像机的具体位置形成合理的透视关系和比例大小。该处设置的参数为高度1.5米距离6米。导入模型形成基本的全息场景，调整模型到四个摄像机的中心位置，并注意模型大小比例及动画效果，同时还要注意背景保持全黑状态并添加
7、灯光和特效等。2.3合成全息输出画面然后通过摄像机Target Texture目标纹理技术，把四个摄像机的画面转换成纹理贴图然后做成材质应用到由四个三角形平面组成的全息画面显示板上，再设置一个主摄像机完成全息画面输出。根据全息投影设备的输出形式，可以调整主摄像机以90度倾角或者45度倾角来适应全息投影设备。3.三维实时全息互动技术在电网系统中的应用前景全息互动展示技术技术，在于人们可以很直接地使用肢体动作，与全息投影装置互动，而无需使用任何复杂的控制设备来操作。便可让人们身历其境地与内容做互动。随着机器智能领域的迅猛发展，三维实时全息展示，得到了越来越多的应用。因此，全息互动展示技术也理所应当
8、的成为新一代信息化不可缺少的一项关键技术。而现在，随着电力系统的不断扩大，技术的不断地进步，为了迎合市场的需要，全息互动展示技术理所当然的被引入了电力系统中，在人员培训和企业形象展示中，提高变电运行人员的安全规程意识，支撑电网的安全稳定运行。通过智能虚拟全息投影技术的结合实现了信息立体显示与体感交互。实现对智能电网的真实体验，利用信息化手段促发展，提升沉浸感和操纵感的人机交互技术新概念，适应南网公司提出“电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变，企业管理向精益化方向转变”的要求。3.1全息互动展示技术在企业展示中的应用随着科学技术进步和投影技术的发展，人们对视觉感官效果的要求也越来越高。全
9、息投影技术在这种大环境下应运而生，近年来以快速的发展模式应用到各个行业。全息投影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至一种国外进口的全息膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。全息投影原理简单来说是利用光学原理，影像在空中浮现，呈现立体效果。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360的任何角度观看影像的不同侧面。再结合三维实时图像技术就形成了实时全息投影技术。在与体感识别技术结合之后，通过智能电网运行的虚拟
10、全息成像互动，可以提供方便、快捷的操作和控制功能之间互动展示。通过智能虚拟全息投影实现了信息立体显示。通过体感识别技术实现对智能电网的真实体验，结合利用信息化手段促发展，得到提升沉浸感和操纵感的人机交互技术新概念，适应南网公司提出“电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变，企业管理向精益化方向转变”的要求。虚拟全息成像互动技术的推广应用可以丰富电力信息系统的展现方式及互动方式，促进电网公司在智能电网方面的发展，通过虚拟现实将电力信息展示直观化、智能化：能够充分展现企业概况、企业文化、专家介绍，全方位提升企业品牌形象；能够让用户互动体验公司重点科技项目成果，突出企业工作亮点；能够让用户参与虚
11、拟现实互动培训，提升培训效果；能够为企业节约大量的时间和经济成本，带来良好的经济效益与社会效益。3.2全息互动展示技术在电网培训中的应用随着电力系统的模不断扩大，非技术技能因素引发的电力安全事故越来越受到重视，如何通过训练更好的提高工作人员的安全意识，是当前安全培训的重要课题。为此，需要开发一套符合变电站安全要求、能够有效进行安全培训的安规仿真培训系统。目前变电安全规程大多通过理念学习及考试的方式对变电运行人员进行培训，培训模式过于呆板，学员从培训中感受不到操作的逻辑记忆，从而可能使得培训工作过于形式而失去培训的兴趣导致培训效果降低。这使加入全息互动展示技术显得非常必要。全息互动展示技术通过辅
12、助传感设备给人提供一个观察并与虚拟环境进行交互作用的多维接口，使操作人员可以进入虚拟环境中直接观察事物的内在变化并与事物发生交互作用，通过手把手的操作模式能给人一种身临其境的真实感觉，提升操作逻辑的记忆。通过计算机虚拟现实技术、电力系统仿真技术与计算机体感识别技术安规互动仿真培训系统通过体感设备识别真人动作行为驱动虚拟人在虚拟场景中进行虚拟作业，评估在虚拟作业过程中周围环境对虚拟人物角色的安全影响，实现系统性、多方位的安全培训，牢固树立作业员工的安全责任意识，避免在生产作业中因安全意识淡薄、责任不到位和心理影响而引发安全责任事故，切实保障在生产作业过程中的电网安全、设备安全和作业人员的人身安全
13、。目前国内还没有建立一套专业的面向变电站安全规程培训的变电运行仿真培训系统，现在变电站安全规程培训主要是依靠书本的形式进行自我学习或者强制性学习，以考试的形式检验掌握变电站安全规程的力度。这种传统的变电站安规培训方式注重变电运行人员对变电站安全规程的被动记忆，没有考虑到如何把变电站安全规程应用到实际的变电运行操作中，存在很大的弊端：学习过程苦涩，学习积极性低，不能理解安全规程意义。而引入基于全息互动展示技术的安规培训平台则可以实际解决这些问题。4.结语综上所述，本文提出的全息互动展示技术在电网中的应用在企业展示和人员培训中有着举足轻重的作用。通过虚拟全息成像技术与体感识别技术的推广应用可以丰富
14、电力信息系统的展现方式及互动方式，促进电网公司在智能电网方面的发展，通过虚拟现实将电力信息展示直观化、智能化：能够充分展现企业概况、企业文化、专家介绍，全方位提升企业品牌形象；能够让用户互动体验公司重点科技项目成果，突出企业工作亮点；能够让用户参与虚拟现实互动培训，提升培训效果；能够为企业节约大量的时间和经济成本，带来良好的经济效益与社会效益。通过基于体感识别技术的安规培训平台实现系统性、多方位的安全培训，牢固树立作业员工的安全责任意识，避免在生产作业中因安全意识淡薄、责任不到位和心理影响而引发安全责任事故，切实保障在生产作业过程中的电网安全、设备安全和作业人员的人身安全。体感识别技术在电网中的应用方向不止这些。随着对此研究的深入相信还会有更多基于这项技术的应用方向将被发掘出来，让我们拭目以待吧。参考文献1董勤伟，变电运行仿真培训系统开发方向探讨，电力设备2006，2（7）：50-52.2倪乐波、戚鹏、遇丽娜、王婧Unity3d产品虚拟展示技术的研究与应用3江河虚拟现实结合交互式多媒体学习设计研究攀枝花学院学报第27卷第6期4徐媛.增强现实技术的教学应用研究J中国远程教育.2007.105刘振华.虚拟现实技术在教育领域的应用研究N.2006
