VRAR電力云平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及場(chǎng)景應(yīng)用開(kāi)發(fā)方案

1、技術(shù)方案

L1項(xiàng)目概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，各大行業(yè)對(duì)電力能源需求日益呈現(xiàn)出高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要

求的趨勢(shì)，在保證高質(zhì)量電能的基礎(chǔ)上，要求持續(xù)性供電，以確保工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)

定運(yùn)行，因此，安全成為電力企業(yè)永恒的主題，而安全、技能培訓(xùn)是防患于未然、預(yù)防

各類安全事故的有效手段。

因此，積極開(kāi)展各類電力安全、運(yùn)維、技能培訓(xùn)，不斷提高電力職工隊(duì)伍素質(zhì)，己

成為我國(guó)電力企業(yè)面臨的迫切任務(wù)，廣泛和深入地開(kāi)展電力職工安全培訓(xùn)是增強(qiáng)電力企

業(yè)活力和后勁的戰(zhàn)略任務(wù)。電力作業(yè)安全一直是各級(jí)電力管理部門關(guān)注的重點(diǎn)，長(zhǎng)期以

來(lái)，電力安全工器具的使用、運(yùn)維、檢修等培訓(xùn)多采用書本、圖片、PPT等傳統(tǒng)形式開(kāi)

展培訓(xùn)工作。該種培訓(xùn)形式課件準(zhǔn)備周期相對(duì)較短，技術(shù)難度相對(duì)較低，因此在培訓(xùn)領(lǐng)

域得到廣泛的使用。

隨著甲方的快速發(fā)展和電力員工進(jìn)步意愿的不斷增強(qiáng)，現(xiàn)有培訓(xùn)方式由于其地域、

時(shí)間以及信息量的限制，已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足電力企業(yè)人才培養(yǎng)的需要。傳統(tǒng)培訓(xùn)形式

不可互動(dòng)、不夠直觀，培訓(xùn)趣味性不高，培訓(xùn)效果一般，尤其是教育水平較低的培訓(xùn)對(duì)

象，準(zhǔn)確掌握培訓(xùn)內(nèi)容的難度較大。而采用實(shí)際設(shè)備進(jìn)行培訓(xùn)乂存在設(shè)備型號(hào)不全、培

訓(xùn)場(chǎng)地有限、設(shè)備購(gòu)置成本高等缺點(diǎn)，極大地制約了培訓(xùn)工作的有效開(kāi)展。

由于電力生產(chǎn)的特殊性，實(shí)操培訓(xùn)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)用戶的專業(yè)技能要求很高,

操作過(guò)程稍有失誤，就有可能造成難以挽回的損失，甚至付出生命的代價(jià)。因此，尋找

一種有效并且安全的實(shí)操培訓(xùn)方法是各大電力集團(tuán)關(guān)注的重點(diǎn)。

目前計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能顯示終端的飛速發(fā)展，正給人類社會(huì)

帶來(lái)重大變革，它改變著人類的工作、生活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)作和信息交流的方式，也為今天的

電力企業(yè)培訓(xùn)機(jī)制的革新帶來(lái)了新的機(jī)遇。為在VR/AR虛擬實(shí)現(xiàn)電力各類的全景模擬訓(xùn)

練成為可能，而且借助VR/AR平臺(tái)技術(shù)，使培訓(xùn)工作變得更生動(dòng)、更逼真、更簡(jiǎn)單、更

容易、更經(jīng)濟(jì)。

利用幻境擬真技術(shù)結(jié)合電力安全體驗(yàn)，配合安全知識(shí)考核，可在全面提升安全知識(shí)

教育效率，在不影響體驗(yàn)效果的前提下，全面避免了安全事故的發(fā)生，并且可以根據(jù)軟

件的迭代全面豐富和提升體驗(yàn)內(nèi)容及效果，同時(shí)一臺(tái)設(shè)備可長(zhǎng)時(shí)間使用，避免了體驗(yàn)點(diǎn)

建設(shè)的破壞，省時(shí)、省事、省力，節(jié)約總體成本，提升整體效率。電力安全培淚系統(tǒng)以

現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)環(huán)境為搭建基礎(chǔ)，借助最新的幻境技術(shù)，含有多個(gè)典型電力實(shí)操場(chǎng)景、多種體

感反饋模塊，可以讓用戶身臨其境地置身于各種真實(shí)、復(fù)雜、難度不一的電力生產(chǎn)虛擬

現(xiàn)實(shí)環(huán)境之中。在這種環(huán)境中，用戶不僅可以大膽嘗試各種實(shí)際操作，更為重要的是,

當(dāng)用戶因誤操作而導(dǎo)致觸電、墜落等事故時(shí)，幻境技術(shù)也可相應(yīng)給出視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、體感

上的“小刺激”。這相當(dāng)于在確保用戶人身安全的前提下，讓用戶體會(huì)到忽視安全生產(chǎn)

可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果，可極大地降低試錯(cuò)成本、起到警示作用，有助于加強(qiáng)用戶對(duì)事故

后果的認(rèn)知，進(jìn)而提高自身安全意識(shí)，提高應(yīng)變能力和處理技能，加強(qiáng)安全生產(chǎn)責(zé)任心。

結(jié)合電力安全培訓(xùn)的實(shí)際情況，利用VR/AR技術(shù)結(jié)合電力安全體驗(yàn)，配合安全知識(shí)

考核，可在全面提升安全知識(shí)教育效率，在不影響體驗(yàn)效果的前提下，全面避免了安全

事故的發(fā)生，并且可以根據(jù)軟件的迭代全面豐富和提升體驗(yàn)內(nèi)容及效果，同時(shí)一臺(tái)設(shè)備

可長(zhǎng)時(shí)間使用，避免了體驗(yàn)點(diǎn)建設(shè)的破壞，省時(shí)、省事、省力，節(jié)約總體成本，提升整

體效率.同時(shí)采用全沉浸式VR的方式讓用戶體驗(yàn)到在高壓作業(yè)環(huán)境中被電弧灼傷的過(guò)

程。杜絕實(shí)操培訓(xùn)過(guò)程中人事事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

L2項(xiàng)目要點(diǎn)

1、安全無(wú)危險(xiǎn)

設(shè)備無(wú)強(qiáng)電磁污染，無(wú)化學(xué)污染，對(duì)環(huán)境和人體都無(wú)任何傷害，體驗(yàn)者在安全的環(huán)

境下體驗(yàn)火災(zāi)、高壓體驗(yàn)、跨步電壓等高危環(huán)境下的逃生技能。

2、降低培訓(xùn)成本

使用電力作業(yè)幻境擬真體驗(yàn)系統(tǒng)，無(wú)任何其它材料的消耗，大幅節(jié)省安全體驗(yàn)逃生

技能培訓(xùn)的物力成本。

3、操作零延時(shí)

本項(xiàng)目模擬器采用先進(jìn)的傳感器及顯示設(shè)備，能讓受訓(xùn)者在虛擬空間中的操作零延

時(shí)實(shí)時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)快速”的操作感。受訓(xùn)者使用噴槍操作無(wú)絲毫滯后感，仿真度

極大提高。

4、多樣的安全體驗(yàn)選擇

本系統(tǒng)體驗(yàn)提供多樣性的安全體驗(yàn)選擇，用戶可以根據(jù)自身需求選擇對(duì)應(yīng)的安全體

驗(yàn)，如滅火、高壓體驗(yàn)等安全體驗(yàn)，且可根據(jù)用戶需求后期定制開(kāi)發(fā)升級(jí)。

5、安全體驗(yàn)效果反饋

用戶在安全體驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)用戶在場(chǎng)景中的選擇，可反饋出最后的安全技能培訓(xùn)

效果，給定一個(gè)綜合評(píng)分。

6、系統(tǒng)反饋靈敏

系統(tǒng)運(yùn)行快速靈敏，用戶能夠在對(duì)應(yīng)設(shè)備商正常開(kāi)啟使用和體驗(yàn)，場(chǎng)景幀數(shù)不低于

60FPS/S,同一場(chǎng)景中每一步操作的響應(yīng)時(shí)間不大于1s,不同場(chǎng)景之間的切換響應(yīng)時(shí)間

不大于10s,系統(tǒng)啟動(dòng)到使用狀態(tài)的等待時(shí)間不大于10s。

1.3項(xiàng)目開(kāi)發(fā)重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

1V1符合電力培訓(xùn)需求的劇本設(shè)計(jì)

1.31.1具體工作要點(diǎn)

（1）利用U3D或UE4引擎完成熱點(diǎn)交互工作，真實(shí)反應(yīng)的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析

及可視化系統(tǒng)適合電力用戶的操作習(xí)慣、能適應(yīng)電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、綜合分析、狀態(tài)評(píng)

價(jià)T作的實(shí)際狀況0

（2）針對(duì)基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的VR、AR云平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)內(nèi)容需配合動(dòng)作

捕捉手套、穿戴式全身震動(dòng)體感設(shè)備、混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)設(shè)備、動(dòng)感平臺(tái)等硬件交互，以便

用戶的沉浸式體驗(yàn)更加逼真。

1.3.L2解決措施

針對(duì)本項(xiàng)目，我公司將成立需求策劃小組，與南方電力數(shù)字傳媒科技有限公司相關(guān)

專家進(jìn)行積極對(duì)接，建立雙向定期溝通機(jī)制，明確本項(xiàng)目虛擬現(xiàn)實(shí)云平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用輔

助服務(wù)項(xiàng)目的具體業(yè)務(wù)需求，。然后在我公司項(xiàng)目需求設(shè)計(jì)規(guī)范的要求下，編制項(xiàng)目

VR/AR交互模型與內(nèi)容，并交由南方電力數(shù)字傳媒科技有限公司相關(guān)專家確認(rèn)。利用

U3D或UE4引擎完成熱點(diǎn)交互工作，真實(shí)反應(yīng)的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析及可視化系統(tǒng)

適合電力用戶的操作習(xí)慣、能適應(yīng)電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、綜合分析、狀態(tài)評(píng)價(jià)工作的實(shí)際

狀況。并針對(duì)基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的VR、AR云平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)內(nèi)容需配合動(dòng)作捕

捉手套、穿戴式全身震動(dòng)體感設(shè)備、混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)設(shè)備、動(dòng)感平臺(tái)等硬件交互，以便用

戶的沉浸式體驗(yàn)更加逼真。

132精確重構(gòu)的三維模型制作

13.2.1具體工作要點(diǎn)

（1）涉及相關(guān)設(shè)備，工器具模型結(jié)構(gòu)正確，符合實(shí)際安全作業(yè)使用要求情況;

有一種真正意義上的身臨其境的感覺(jué)。

（4）建立虛擬設(shè)備之間邏輯互動(dòng)關(guān)系、實(shí)現(xiàn)虛隊(duì)場(chǎng)景中關(guān)聯(lián)設(shè)備的實(shí)時(shí)交互；

（5）系統(tǒng)運(yùn)行流暢，人機(jī)交互性強(qiáng)。

1.3.3.2解決措施

我公司在界面設(shè)計(jì)中，突出表現(xiàn)VR環(huán)境下UI設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)UI設(shè)計(jì)相比的多變性與

豐富性，設(shè)計(jì)，展現(xiàn)傳統(tǒng)2DUI中沒(méi)有的元素以及未使用或無(wú)法達(dá)到的效果。在顏色的

運(yùn)用上，根據(jù)南方電力主色調(diào)藍(lán)色漸變延伸出了一些新的元素。遵循VR環(huán)境中的UI

設(shè)計(jì)原則。充分利用了VR環(huán)境“全景”的特殊性，將界面布局設(shè)計(jì)為環(huán)繞的三個(gè)平面

面板，環(huán)繞擺放的曲面可以充分展示VR環(huán)境帶給UI設(shè)計(jì)的可能性，并且提升用戶體驗(yàn)。

電力幾乎所有業(yè)務(wù)培訓(xùn)操作都與作業(yè)人員有關(guān)，因此虛擬人物的視角控制是電力三

維仿真的技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的重要一環(huán)。我公司在本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)自由視角、第一人稱視角、

人物跟隨視角、第二人稱視角等多種視角模式，在不同的操作中采用不同的視角模式來(lái)

增強(qiáng)三維仿真的靈活性，如在電力作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的虛擬場(chǎng)景漫游中采用第一人稱視角將以虛

擬人物眼睛的位置觀察場(chǎng)景，在巡視培訓(xùn)中以跟隨視角則能更加清晰人物的巡視路線。

虛擬人物在復(fù)雜電力作業(yè)場(chǎng)景中漫游時(shí)難免會(huì)與場(chǎng)景中的物體發(fā)生碰撞，若無(wú)碰撞處理

往往會(huì)造成人物穿墻而過(guò)，這種效果直接影響了三維場(chǎng)景漫游的真實(shí)性。我公司采用實(shí)

時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)，用來(lái)模擬人物在場(chǎng)景漫游中的物理效果，避免出現(xiàn)諸如人物在場(chǎng)景中

穿越墻壁等非自然現(xiàn)象。

面向電力培訓(xùn)的操作有引的VR交互場(chǎng)景，不僅僅要處理虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的各類信息,

比如虛擬工器具的使用、虛擬電力設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示、各類虛擬操作后的動(dòng)畫等等，還

要處理多通道的交互信息與復(fù)雜指引信息的檢索。通過(guò)基于觸控式、語(yǔ)音、菜單式或者

VR手柄定位算法，使用戶可以通過(guò)改變當(dāng)前畫面標(biāo)定內(nèi)容，將自己感興趣的內(nèi)容顯示

出來(lái)，或者交互操作顯示的虛擬物體。交互操作由信號(hào)翻譯模塊、指令解釋模塊、指令

數(shù)據(jù)庫(kù)組成。其中信號(hào)翻譯模塊用于監(jiān)測(cè)和獲取用戶的各類交互信號(hào)，觸摸、語(yǔ)音、手

柄定位坐標(biāo)等物理信號(hào)，通過(guò)與各交互通道的交互庫(kù)的比對(duì)識(shí)別解析出具體的數(shù)字信號(hào),

發(fā)送給指令解釋模塊。指令解釋模塊處理信號(hào)翻譯模塊給出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)交互指令

數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)算，將這些交互信號(hào)轉(zhuǎn)換成有具體含義的交互指令，輸出到工作流控制模塊統(tǒng)

一管理。

1.4項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

141項(xiàng)目UI設(shè)計(jì)方案

一般我們會(huì)將ui設(shè)計(jì)流程分為四個(gè)簡(jiǎn)單的階段：分析、設(shè)計(jì)、配合、驗(yàn)證。

臉證階段

（1）分析階段

需求分析：對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，必然有對(duì)用戶需求的分析內(nèi)容，更多的是從產(chǎn)品需

求評(píng)審會(huì)議上得到需求分析的內(nèi)容，或直接與用戶交流獲得相關(guān)產(chǎn)品需求。如果說(shuō)設(shè)計(jì)

原則是所有設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)的話，那么用戶需求就是本次設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

用戶場(chǎng)景模擬：好的設(shè)計(jì)建立在對(duì)用戶深刻了解之上，因此用戶使用場(chǎng)景分析就很

重要。我們需要了解用戶的需求點(diǎn)以及用戶對(duì)于此類產(chǎn)品的使用習(xí)慣等，同時(shí)設(shè)計(jì)人員

在分析的時(shí)候站在用戶角度思考：如果我門是用戶，這里我門會(huì)需要些什么。

（2）設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)方法采用面向場(chǎng)景、面向事件驅(qū)動(dòng)和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法。面向場(chǎng)景是針對(duì)該

產(chǎn)品使用場(chǎng)景的模擬，模擬用戶在多種情況下產(chǎn)品使用的模擬。面向事件驅(qū)動(dòng)則是對(duì)產(chǎn)

品響應(yīng)與觸發(fā)事件的設(shè)計(jì)二一個(gè)警告提示框，一個(gè)提交按鈕……這類都是對(duì)事性驅(qū)動(dòng)的

設(shè)計(jì)。面向?qū)ο?，產(chǎn)品面向的用戶不同對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求不同，不同年齡層的用戶對(duì)

于產(chǎn)品的要求不同，產(chǎn)品的用戶定位將是此次UI設(shè)計(jì)的影響因素。

輸入物：交互文檔（高保真原型）

輸出物：設(shè)計(jì)終稿（所有的設(shè)計(jì)稿）

（3）配合

UI設(shè)計(jì)師交出產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖時(shí)，更多的配合開(kāi)發(fā)人員、測(cè)試人員進(jìn)行截圖配合。配

合開(kāi)發(fā)人員對(duì)于PSD格式的圖片切圖操作，對(duì)于不同的開(kāi)發(fā)人員的要求，切圖方式也有

不同，UI設(shè)計(jì)師需配合相關(guān)的開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行最適合的切圖配合。

輸入物：設(shè)計(jì)終稿

輸出物：設(shè)計(jì)修改稿（設(shè)計(jì)稿切片）

（4）驗(yàn)證

產(chǎn)品出來(lái)后，UI設(shè)計(jì)師需對(duì)產(chǎn)品的效果進(jìn)行驗(yàn)證，與最初的方案是否一致，是否

可用，用戶是否接受，以及與需求是否一致。

輸入物：產(chǎn)品

輸出物：產(chǎn)品（面向用戶最終版本）

::我分析

分析附用用戶曝

竟星分折

交叩懈

-1ttM

制冊(cè)段-iftiHWa

-交互時(shí)學(xué)

四個(gè)階段-Hjn

功*交互之間的知

配arr段交互與事杵之間的關(guān)累

用戶與產(chǎn)品之間的美系

功5?

UI設(shè)計(jì)流程J愴證—交巨利”

r

可理解

設(shè)計(jì)原則研性

RJWW!

-咫戶習(xí)修

合球1?侵受怩質(zhì)

??

1.4.2系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

1.4.2.1設(shè)計(jì)步驟

外m口Kt計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

1.4.2.2概要設(shè)計(jì)

概要設(shè)計(jì)注重宏觀和框架的設(shè)計(jì)，包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)（包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)）、外部接口設(shè)計(jì)、功能部件分配設(shè)計(jì)、部件間接口設(shè)計(jì)，覆蓋《系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)

明書》中的功能點(diǎn)列表、性能點(diǎn)列表、接口列表。其過(guò)程如下：

確

確

系

定

定

統(tǒng)

文

設(shè)

設(shè)

約

設(shè)

分

檔

計(jì)

計(jì)

準(zhǔn)

評(píng)

計(jì)

束

解

疑

審

備

策

因

設(shè)

號(hào)

略

素

計(jì)

概要設(shè)計(jì)過(guò)程

其中數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析一數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)一數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)三個(gè)階

段，其過(guò)程如下:

設(shè)文設(shè)

計(jì)檔計(jì)

準(zhǔn)族評(píng)

備號(hào)審

計(jì)過(guò)程

結(jié)構(gòu)設(shè)

數(shù)據(jù)庫(kù)

計(jì)

詳細(xì)設(shè)

3

1.42

計(jì)，概

的設(shè)

架內(nèi)

和框

微觀

，注重

內(nèi)容

全部

書》的

說(shuō)明

設(shè)計(jì)

概要

《系統(tǒng)

覆蓋

設(shè)計(jì)

詳細(xì)

行詳

》，進(jìn)

用例

測(cè)試

《系統(tǒng)

劃》和

試計(jì)

統(tǒng)測(cè)

定《系

起制

員一

試人

助測(cè)

要協(xié)

人員

計(jì)的

要設(shè)

》。

用例

測(cè)試

單元

《系統(tǒng)

》和

計(jì)劃

測(cè)試

單元

《系統(tǒng)

要制定

的人員

細(xì)設(shè)計(jì)

件

交付

(1)

書》

說(shuō)明

設(shè)計(jì)

概要

《系統(tǒng)

書》

說(shuō)明

設(shè)計(jì)

詳細(xì)

《系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)

完成

(2)

過(guò)。

批通

書》審

說(shuō)明

設(shè)計(jì)

詳細(xì)

《系統(tǒng)

書》和

說(shuō)明

設(shè)計(jì)

概要

《系統(tǒng)

互響應(yīng)

計(jì)與交

視覺(jué)設(shè)

UI

1.4.3

富

也與豐

的多變

計(jì)相比