VRAR电力云平台系统开发及场景应用开发方案

1、技术方案

L1项目概述

随着我国经济社会的快速发展，各大行业对电力能源需求日益呈现出高标准、严要

求的趋势，在保证高质量电能的基础上，要求持续性供电，以确保工农业生产的安全稳

定运行，因此，安全成为电力企业永恒的主题，而安全、技能培训是防患于未然、预防

各类安全事故的有效手段。

因此，积极开展各类电力安全、运维、技能培训，不断提高电力职工队伍素质，己

成为我国电力企业面临的迫切任务，广泛和深入地开展电力职工安全培训是增强电力企

业活力和后劲的战略任务。电力作业安全一直是各级电力管理部门关注的重点，长期以

来，电力安全工器具的使用、运维、检修等培训多采用书本、图片、PPT等传统形式开

展培训工作。该种培训形式课件准备周期相对较短，技术难度相对较低，因此在培训领

域得到广泛的使用。

随着甲方的快速发展和电力员工进步意愿的不断增强，现有培训方式由于其地域、

时间以及信息量的限制，已经越来越无法满足电力企业人才培养的需要。传统培训形式

不可互动、不够直观，培训趣味性不高，培训效果一般，尤其是教育水平较低的培训对

象，准确掌握培训内容的难度较大。而采用实际设备进行培训乂存在设备型号不全、培

训场地有限、设备购置成本高等缺点，极大地制约了培训工作的有效开展。

由于电力生产的特殊性，实操培训具有一定的风险，对用户的专业技能要求很高,

操作过程稍有失误，就有可能造成难以挽回的损失，甚至付出生命的代价。因此，寻找

一种有效并且安全的实操培训方法是各大电力集团关注的重点。

目前计算机多媒体技术、虚拟现实技术、智能显示终端的飞速发展，正给人类社会

带来重大变革，它改变着人类的工作、生活、经济运作和信息交流的方式，也为今天的

电力企业培训机制的革新带来了新的机遇。为在VR/AR虚拟实现电力各类的全景模拟训

练成为可能，而且借助VR/AR平台技术，使培训工作变得更生动、更逼真、更简单、更

容易、更经济。

利用幻境拟真技术结合电力安全体验，配合安全知识考核，可在全面提升安全知识

教育效率，在不影响体验效果的前提下，全面避免了安全事故的发生，并且可以根据软

件的迭代全面丰富和提升体验内容及效果，同时一台设备可长时间使用，避免了体验点

建设的破坏，省时、省事、省力，节约总体成本，提升整体效率。电力安全培泪系统以

现实培训环境为搭建基础，借助最新的幻境技术，含有多个典型电力实操场景、多种体

感反馈模块，可以让用户身临其境地置身于各种真实、复杂、难度不一的电力生产虚拟

现实环境之中。在这种环境中，用户不仅可以大胆尝试各种实际操作，更为重要的是,

当用户因误操作而导致触电、坠落等事故时，幻境技术也可相应给出视觉、听觉、体感

上的“小刺激”。这相当于在确保用户人身安全的前提下，让用户体会到忽视安全生产

可能带来的严重后果，可极大地降低试错成本、起到警示作用，有助于加强用户对事故

后果的认知，进而提高自身安全意识，提高应变能力和处理技能，加强安全生产责任心。

结合电力安全培训的实际情况，利用VR/AR技术结合电力安全体验，配合安全知识

考核，可在全面提升安全知识教育效率，在不影响体验效果的前提下，全面避免了安全

事故的发生，并且可以根据软件的迭代全面丰富和提升体验内容及效果，同时一台设备

可长时间使用，避免了体验点建设的破坏，省时、省事、省力，节约总体成本，提升整

体效率.同时采用全沉浸式VR的方式让用户体验到在高压作业环境中被电弧灼伤的过

程。杜绝实操培训过程中人事事故发生的风险。

L2项目要点

1、安全无危险

设备无强电磁污染，无化学污染，对环境和人体都无任何伤害，体验者在安全的环

境下体验火灾、高压体验、跨步电压等高危环境下的逃生技能。

2、降低培训成本

使用电力作业幻境拟真体验系统，无任何其它材料的消耗，大幅节省安全体验逃生

技能培训的物力成本。

3、操作零延时

本项目模拟器采用先进的传感器及显示设备，能让受训者在虚拟空间中的操作零延

时实时响应，实现“精准快速”的操作感。受训者使用喷枪操作无丝毫滞后感，仿真度

极大提高。

4、多样的安全体验选择

本系统体验提供多样性的安全体验选择，用户可以根据自身需求选择对应的安全体

验，如灭火、高压体验等安全体验，且可根据用户需求后期定制开发升级。

5、安全体验效果反馈

用户在安全体验过程中，根据用户在场景中的选择，可反馈出最后的安全技能培训

效果，给定一个综合评分。

6、系统反馈灵敏

系统运行快速灵敏，用户能够在对应设备商正常开启使用和体验，场景帧数不低于

60FPS/S,同一场景中每一步操作的响应时间不大于1s,不同场景之间的切换响应时间

不大于10s,系统启动到使用状态的等待时间不大于10s。

1.3项目开发重难点及应对措施

1V1符合电力培训需求的剧本设计

1.31.1具体工作要点

（1）利用U3D或UE4引擎完成热点交互工作，真实反应的电力设备运行状态分析

及可视化系统适合电力用户的操作习惯、能适应电力设备运行维护、综合分析、状态评

价T作的实际状况0

（2）针对基于混合现实技术的VR、AR云平台系统的应用，开发内容需配合动作

捕捉手套、穿戴式全身震动体感设备、混合现实体验设备、动感平台等硬件交互，以便

用户的沉浸式体验更加逼真。

1.3.L2解决措施

针对本项目，我公司将成立需求策划小组，与南方电力数字传媒科技有限公司相关

专家进行积极对接，建立双向定期沟通机制，明确本项目虚拟现实云平台开发与应用辅

助服务项目的具体业务需求，。然后在我公司项目需求设计规范的要求下，编制项目

VR/AR交互模型与内容，并交由南方电力数字传媒科技有限公司相关专家确认。利用

U3D或UE4引擎完成热点交互工作，真实反应的电力设备运行状态分析及可视化系统

适合电力用户的操作习惯、能适应电力设备运行维护、综合分析、状态评价工作的实际

状况。并针对基于混合现实技术的VR、AR云平台系统的应用，开发内容需配合动作捕

捉手套、穿戴式全身震动体感设备、混合现实体验设备、动感平台等硬件交互，以便用

户的沉浸式体验更加逼真。

132精确重构的三维模型制作

13.2.1具体工作要点

（1）涉及相关设备，工器具模型结构正确，符合实际安全作业使用要求情况;

有一种真正意义上的身临其境的感觉。

（4）建立虚拟设备之间逻辑互动关系、实现虚队场景中关联设备的实时交互；

（5）系统运行流畅，人机交互性强。

1.3.3.2解决措施

我公司在界面设计中，突出表现VR环境下UI设计与传统UI设计相比的多变性与

丰富性，设计，展现传统2DUI中没有的元素以及未使用或无法达到的效果。在颜色的

运用上，根据南方电力主色调蓝色渐变延伸出了一些新的元素。遵循VR环境中的UI

设计原则。充分利用了VR环境“全景”的特殊性，将界面布局设计为环绕的三个平面

面板，环绕摆放的曲面可以充分展示VR环境带给UI设计的可能性，并且提升用户体验。

电力几乎所有业务培训操作都与作业人员有关，因此虚拟人物的视角控制是电力三

维仿真的技术实现中的重要一环。我公司在本项目中设计开发自由视角、第一人称视角、

人物跟随视角、第二人称视角等多种视角模式，在不同的操作中采用不同的视角模式来

增强三维仿真的灵活性，如在电力作业现场的虚拟场景漫游中采用第一人称视角将以虚

拟人物眼睛的位置观察场景，在巡视培训中以跟随视角则能更加清晰人物的巡视路线。

虚拟人物在复杂电力作业场景中漫游时难免会与场景中的物体发生碰撞，若无碰撞处理

往往会造成人物穿墙而过，这种效果直接影响了三维场景漫游的真实性。我公司采用实

时碰撞检测技术，用来模拟人物在场景漫游中的物理效果，避免出现诸如人物在场景中

穿越墙壁等非自然现象。

面向电力培训的操作有引的VR交互场景，不仅仅要处理虚拟现实相关的各类信息,

比如虚拟工器具的使用、虚拟电力设备内部结构显示、各类虚拟操作后的动画等等，还

要处理多通道的交互信息与复杂指引信息的检索。通过基于触控式、语音、菜单式或者

VR手柄定位算法，使用户可以通过改变当前画面标定内容，将自己感兴趣的内容显示

出来，或者交互操作显示的虚拟物体。交互操作由信号翻译模块、指令解释模块、指令

数据库组成。其中信号翻译模块用于监测和获取用户的各类交互信号，触摸、语音、手

柄定位坐标等物理信号，通过与各交互通道的交互库的比对识别解析出具体的数字信号,

发送给指令解释模块。指令解释模块处理信号翻译模块给出的数字信号，经过交互指令

数据库的运算，将这些交互信号转换成有具体含义的交互指令，输出到工作流控制模块统

一管理。

1.4项目设计方案

141项目UI设计方案

一般我们会将ui设计流程分为四个简单的阶段：分析、设计、配合、验证。

脸证阶段

（1）分析阶段

需求分析：对于一个产品来说，必然有对用户需求的分析内容，更多的是从产品需

求评审会议上得到需求分析的内容，或直接与用户交流获得相关产品需求。如果说设计

原则是所有设计的出发点的话，那么用户需求就是本次设计的出发点。

用户场景模拟：好的设计建立在对用户深刻了解之上，因此用户使用场景分析就很

重要。我们需要了解用户的需求点以及用户对于此类产品的使用习惯等，同时设计人员

在分析的时候站在用户角度思考：如果我门是用户，这里我门会需要些什么。

（2）设计阶段

设计方法采用面向场景、面向事件驱动和面向对象的设计方法。面向场景是针对该

产品使用场景的模拟，模拟用户在多种情况下产品使用的模拟。面向事件驱动则是对产

品响应与触发事件的设计二一个警告提示框，一个提交按钮……这类都是对事性驱动的

设计。面向对象，产品面向的用户不同对于产品的设计要求不同，不同年龄层的用户对

于产品的要求不同，产品的用户定位将是此次UI设计的影响因素。

输入物：交互文档（高保真原型）

输出物：设计终稿（所有的设计稿）

（3）配合

UI设计师交出产品设计图时，更多的配合开发人员、测试人员进行截图配合。配

合开发人员对于PSD格式的图片切图操作，对于不同的开发人员的要求，切图方式也有

不同，UI设计师需配合相关的开发人员进行最适合的切图配合。

输入物：设计终稿

输出物：设计修改稿（设计稿切片）

（4）验证

产品出来后，UI设计师需对产品的效果进行验证，与最初的方案是否一致，是否

可用，用户是否接受，以及与需求是否一致。

输入物：产品

输出物：产品（面向用户最终版本）

::我分析

分析附用用户曝

竟星分折

交叩懈

-1ttM

制册段-iftiHWa

-交互时学

四个阶段-Hjn

功*交互之间的知

配arr段交互与事杵之间的关累

用户与产品之间的美系

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UI设计流程J怆证—交巨利”

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可理解

设计原则研性

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1.4.2系统平台设计方案

1.4.2.1设计步骤

外m口Kt计

系统设计实现过程

1.4.2.2概要设计

概要设计注重宏观和框架的设计，包括总体结构设计、全局数据库（包括数据结构

设计）、外部接口设计、功能部件分配设计、部件间接口设计，覆盖《系统需求规格说

明书》中的功能点列表、性能点列表、接口列表。其过程如下：

确

确

系

定

定

统

文

设

设

约

设

分

档

计

计

准

评

计

束

解

疑

审

备

策

因

设

号

略

素

计

概要设计过程

其中数据库设计包括数据库需求分析一数据库概念设计一数据库物理设计三个阶

段，其过程如下:

设文设

计档计

准族评

备号审

计过程

结构设

数据库

计

详细设

3

1.42

计，概

的设

架内

和框

微观

，注重

内容

全部

书》的

说明

设计

概要

《系统

覆盖

设计

详细

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》，进

用例

测试

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划》和

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用例

测试

单元

《系统

》和

计划

测试

单元

《系统

要制定

的人员

细设计

件

交付

(1)

书》

说明

设计

概要

《系统

书》

说明

设计

详细

《系统

标准

完成

(2)

过。

批通

书》审

说明

设计

详细

《系统

书》和

说明

设计

概要

《系统

互响应

计与交

视觉设

UI

1.4.3

富

也与丰

的多变

计相比