基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，它包括：全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块，整个系统部署在同一局域网络环境下，通过局域网进行数据通信，让全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块互相通讯；虚拟仿真培训模块学员利用虚拟仿真培训模块进行培训学习；环幕互动模块通过环幕上方的4个空间定位摄像头来捕捉环幕前方佩戴定位功能的3D眼镜的观众或班长的动作，来实现互动功能；全息教师模块全息教师模块通过制造真人像模型，具备迎宾和教师两个功能；解决了现有技术学员间的互动性不佳，降低了培训的效率；目前的培训系统多采用单人模式，与实际的操作过程存在差异等技术问题。

Insulation test training system of electrical equipment based on interaction of holographic teacher and ring screen

The invention discloses an electrical equipment insulation test training system based on the interaction of holographic teacher and ring screen, which includes: holographic teacher module, ring screen interaction module and virtual simulation training module. The whole system is deployed in the same local area network environment, and data communication is carried out through the local area network, so that the holographic teacher module, ring screen interaction module and virtual simulation training module can communicate with each other ; virtual simulation training module trainees use virtual simulation training module for training and learning; the interactive module of the ring screen captures the actions of the audience or monitor wearing 3D glasses with positioning function in front of the ring screen through four space positioning cameras above the ring screen to realize the interactive function; the holographic teacher module of the full-time teacher module has two functions, i.e. welcome and teacher, by manufacturing a real-life image model Yes, it solves the problem of poor interaction between the existing technical trainees and reduces the efficiency of training. At present, the training system mostly adopts the single person mode, which is different from the actual operation process and other technical problems.

【技术实现步骤摘要】
基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统
本专利技术属于电气设备试验仿真教学
，尤其涉及基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统。
技术介绍
电气设备绝缘试验专业是一个相对特殊的专业，为了进行一些指标的检测或试验，往往需要对其施加高电压，所以，它对操作时的安全性和标准化有着非常严格的要求。同时，它也要求对设备的原理及试验标准操作流程有着清晰的了解，因此，要做好一次设备绝缘试验工作，就必须做好一次设备绝缘试验的培训。电气设备绝缘试验培训主要经历了三个阶段的发展，(1)传帮带，师傅手把手带徒弟，但是因为师傅的水平参差不齐以及师徒存在的竞争和利益关系等导致一届不如一届现象，且系统运行依赖个人现象较重，知识经验流失会造成极大损失；(2)办理论班或者培训班进行培训，能够系统的进行知识理论培训，也是目前用的最多的一种方法，但是由于电力系统的特殊性，无法在真实环境里进行实际设备试验操作，容易只是其表不知其里的现象，为后期电气试验及系统运行安全埋下隐患；(3)仿真培训，利用多媒体和桌面虚拟现实仿真技术的培训方式，这种具备培训内容标准化，重复利用率高，并能满足大批学员同时开展培训等特点，但在逼真度、真实感方面与实际测试设备存在一定的差距，用户通过鼠标和键盘操作繁琐，体验方式单一，学员间的互动性不佳，降低了培训的效率。另外电气设备绝缘试验操作通常由多人配合完成，目前的培训系统多采用单人模式，与实际的操作过程存在差异。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，以解决现有技术针对电气设备绝缘试验培训采用的仿真培训在逼真度、真实感方面与实际测试设备存在一定的差距，用户通过鼠标和键盘操作繁琐，体验方式单一，学员间的互动性不佳，降低了培训的效率。另外电气设备绝缘试验操作通常由多人配合完成，目前的培训系统多采用单人模式，与实际的操作过程存在差异等技术问题。本专利技术的技术方案是：一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，它包括：全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块，整个系统部署在同一局域网络环境下，通过局域网进行数据通信，让全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块互相通讯；虚拟仿真培训模块：学员利用虚拟仿真培训模块进行培训学习，利用终端独立完成某个特定试验流程的所有内容；环幕互动模块：环幕互动模块包括环幕立体投影模块和互动模块；环幕立体投影模块采用弧形环状的投影屏幕作为投射载体，利用2台投影机及融合处理器系统投射出无缝统一、逼真立体的完美影像，配合音响系统，营造出一种虚拟仿真显示环境；互动模块是通过环幕上方的4个空间定位摄像头来捕捉环幕前方佩戴定位功能的3D眼镜的观众或班长的动作，并识别操作手柄的发出的指令，来实现互动功能；全息教师模块：是基于全息投影技术、虚拟主持人技术的全息投影互动系统，全息教师模块通过制造真人像模型，具备迎宾和教师两个功能。所述全息教师模块包括：迎宾功能：在没有进行仿真试验的情况下有参观人员进入实训室参观，全息屏幕通过人体红外感应装置能感应到人员，自动致欢迎辞，并播放对应的视频动画，对仿真培训课程内容进行讲解，实现课程介绍的功能；教师功能：学员通过环幕和虚拟仿真培训终端进行培训时，全息教师与学员进行互动。环幕互动模块的班长是环幕前方观看环幕投影的观众的一员，班长手持操作手柄、佩戴定位功能的3D眼镜，在环幕前方走动；而观众则坐在座位上、佩戴3D眼镜观看环幕投影；班长进入多人协同模式的试验空间，不参与试验项目操作，只观看到整个试验过程；所述多人协同模式的试验空间是由操作仿真培训终端的某个学员发起协同请求，建立一个多人协同模式的试验空间，来完成某个特定的试验操作，学员都加入试验空间后，即可进行试验操作；学员之间按照任务划分，来共同完成试验内容，且学员之间的操作是相互可见的，完成所有试验流程学习；观众通过佩戴3D主动立体眼镜，观看环幕投影进入试验场景观看学员的操作。所述虚拟仿真培训模块是通过模拟电气设备试验的环境及试验过程，建立电气设备绝缘试验仿真培训及仿真考核系统，通过对试验准备、试验过程的操作、试验结果的模拟，让学员掌握电气设备绝缘试验的标准操作流程，并利用仿真考核系统来考察学员对试验原理及试验操作。所述全息教师模块的实现方法包括：基于全息投影技术和虚拟主持人技术的全息投影互动系统，通过拍摄录制相应教学视频，运用三维动画、人机互动红外感应装置、全息显示和投影机背投技术来建设真人像模型，让教师具备自动迎宾和教师角色的功能；所述真人像模型的实现方法包括：仿真人物的素材照片采集：使用1600万像素的相机对所需仿真的人物进行360度照片拍摄，采集外形、五官和整体三视图的JPG格式素材照片；人像模型制作：采用镜像复刻人像模型的方法，使用面片建模的建模方法，从头部开始直至脚部，通过点、线、面的构建方式，通过采集的照片进行布线，得到完整的人像模型；展开人像模型：使用unwrapuvw命令，对人像模型的点、线、面进行断开和捕捉，平整的展开到方框里，得到一个PNG格式的线框图；人像模型贴图制作：将线框图导入PS中，利用画笔和着色器对线框图进行着色处理，运用色彩平衡原理和饱和度，得到JPG格式的人像贴图；人像模型上色：将JPG格式的人像贴图添加到3DMAX中的材质球上面，将材质球赋予到人像模型上面，得到所述的真人像模型。环幕互动模块的实现方法包括：硬件准备：所属硬件包括环幕投影幕布、投影仪A、投影仪B、融合处理器、空间定位摄像头、手柄、3D眼镜、音箱、服务器和观众席；融合处理：利用融合处理器系统，实现投影仪A画面与投影仪B画面两边的完全融合，消除重叠拼接引起的过亮区域，让整个画面完整、清晰的显示在环幕上；所述融合处理器系统的实现方法包括：6)将两台SONNOCSNP-LU6600高端激光工程投影机和互动环幕与融合处理器通信；7)图像预处理，对图像进行数字化、平滑、复原、增强、图像去噪和图像配准；8)运用对比度传递技术，采用算法：式中M为输入图像，F为调整后的输出图像，mean代表M的均值，mean_ref是参考图像的均值，ms为M的均值方差，msref为参考图像的均值方差；得出的均值方差反映图像的平均亮度，方差表示图像的对比度，调整两台投影机画面的亮度和对比度；9)运用直方图规格化技术，在归一化[0,1]的连续区间中，令r和z分别表示输入图像与输出图像的灰度级，输入灰度级的概率密度函数Pr(r)，输出灰度级的概率密度函数Pz(z)，用直方图均衡化得变换：使输出图像得到变换后的灰度调整；10)通过环幕前方的4个空间定位摄像头，班长在环幕前方区域站立或走动，利用佩戴有定位功能的3D眼镜并操作手柄，通过服务器的控制来实现班长在多人协同模式的试验空间内的空间定位及位置变换。所述虚拟仿真培训模块的实现方法为：基于虚拟现实技术、光学动捕和人机互动技术建立电气设备绝缘试验环幕互动仿真培训系统完成试验项目的实操培训；虚拟现实技术是模拟电气设备试验的环境及试验过程，包括：包括场景模型建设、三维模型处理和试验操作流程模拟整合；(1)场景模型建设：变电站环境模型制作，包括变电站的试验设备、周边建筑和地形绿化模型制作；(2)试验设备制作：建模内容包含变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，它包括：全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块，整个系统部署在同一局域网络环境下，通过局域网进行数据通信，让全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块互相通讯；虚拟仿真培训模块：学员利用虚拟仿真培训模块进行培训学习，利用终端独立完成某个特定试验流程的所有内容；环幕互动模块：环幕互动模块包括环幕立体投影模块和互动模块；环幕立体投影模块采用弧形环状的投影屏幕作为投射载体，利用2台投影机及融合处理器系统投射出无缝统一、逼真立体的完美影像，配合音响系统，营造出一种虚拟仿真显示环境；互动模块是通过环幕上方的4个空间定位摄像头来捕捉环幕前方佩戴定位功能的3D眼镜的观众或班长的动作，并识别操作手柄的发出的指令，来实现互动功能；全息教师模块：是基于全息投影技术、虚拟主持人技术的全息投影互动系统，全息教师模块通过制造真人像模型，具备迎宾和教师两个功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，它包括：全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块，整个系统部署在同一局域网络环境下，通过局域网进行数据通信，让全息教师模块、环幕互动模块和虚拟仿真培训模块互相通讯；虚拟仿真培训模块：学员利用虚拟仿真培训模块进行培训学习，利用终端独立完成某个特定试验流程的所有内容；环幕互动模块：环幕互动模块包括环幕立体投影模块和互动模块；环幕立体投影模块采用弧形环状的投影屏幕作为投射载体，利用2台投影机及融合处理器系统投射出无缝统一、逼真立体的完美影像，配合音响系统，营造出一种虚拟仿真显示环境；互动模块是通过环幕上方的4个空间定位摄像头来捕捉环幕前方佩戴定位功能的3D眼镜的观众或班长的动作，并识别操作手柄的发出的指令，来实现互动功能；全息教师模块：是基于全息投影技术、虚拟主持人技术的全息投影互动系统，全息教师模块通过制造真人像模型，具备迎宾和教师两个功能。2.根据权利要求1所述的一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，其特征在于：所述全息教师模块包括：迎宾功能：在没有进行仿真试验的情况下有参观人员进入实训室参观，全息屏幕通过人体红外感应装置能感应到人员，自动致欢迎辞，并播放对应的视频动画，对仿真培训课程内容进行讲解，实现课程介绍的功能；教师功能：学员通过环幕和虚拟仿真培训终端进行培训时，全息教师与学员进行互动。3.根据权利要求1所述的一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，其特征在于：环幕互动模块的班长是环幕前方观看环幕投影的观众的一员，班长手持操作手柄、佩戴定位功能的3D眼镜，在环幕前方走动；而观众则坐在座位上、佩戴3D眼镜观看环幕投影；班长进入多人协同模式的试验空间，不参与试验项目操作，只观看到整个试验过程；所述多人协同模式的试验空间是由操作仿真培训终端的某个学员发起协同请求，建立一个多人协同模式的试验空间，来完成某个特定的试验操作，学员都加入试验空间后，即可进行试验操作；学员之间按照任务划分，来共同完成试验内容，且学员之间的操作是相互可见的，完成所有试验流程学习；观众通过佩戴3D主动立体眼镜，观看环幕投影进入试验场景观看学员的操作。4.根据权利要求1所述的一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，其特征在于：所述虚拟仿真培训模块是通过模拟电气设备试验的环境及试验过程，建立电气设备绝缘试验仿真培训及仿真考核系统，通过对试验准备、试验过程的操作、试验结果的模拟，让学员掌握电气设备绝缘试验的标准操作流程，并利用仿真考核系统来考察学员对试验原理及试验操作。5.根据权利要求1所述的一种基于全息教师及环幕互动的电气设备绝缘试验培训系统，其特征在于：所述全息教师模块的实现方法包括：基于全息投影技术和虚拟主持人技术的全息投影互动系统，通过拍摄录制相应教学视频，运用三维动画、人机互动红外感应装置、全息显示和投影机背投技术来建设真人像模型，让教师具备自动迎宾和教师角色的功能；所述真人像模型的实现方法包括：仿真人物的素材照片采集：使用1600万像素的相机对所需仿真的人物进行360度照片拍摄，采集外形、五官和整体三视图的JPG格式素材照片；人像模型制作：采用镜像复刻人像模型的方法，使用面片建模的建模方法，从头部开始直至脚部，通过点、线、面的构建方式，通过采集的照片进行布线，得到完整的人像模型；展开人像模型：使用unwrapuvw命令，对人像模型的点、线、面进行断开和捕捉，平整的展开到方框里，得到一个PNG格式的线框图；人像模型贴图制作：将线框图导入PS中，利用画笔和着色器对线框图进行着色处理，运用色彩平衡原理和饱和度，得到JPG格式的人像贴图；人像模型上色：将JPG格式的人像贴图添加到3DMAX中的材质球上面，将材质球赋予到人像模型上面，得到所述的真人像模型。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英，牧灝，张靖，余鹏程，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52