配电培训仿真系统的场景构建及设备展示研究硕士学位论文.doc

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1、分类号 密 级 编 号 武 汉 大 学 硕 士 学 位 论 文 配电培训仿真系统的场景构建及设 备展示研究 研 究 生 姓名： 学号： 指导教师姓名、职称： 学科、专业名称： 设计艺术学 研究方向： 产品设计及设计管理 Analysis on the Scene Modeling and Device Display of Power-distribution Training Simulation System April，2009 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不

2、包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 XXXX 大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年

3、 月 日 I 摘 要 在系统研究虚拟现实技术的基本理论和核心技术的基础上，就虚拟仿真系 统中重要而不可或缺的组成部分虚拟环境漫游及产品展示做了深入细致的 研究与探讨。以城市配电培训仿真系统设计项目为例，论述了场景建模和设备 展示的设计方法及建模所采用的关键技术。并利用多媒体技术作为辅助手段， 将培训仿真系统增添真实感和沉浸感，营造出一个富有设计艺术感染力的虚拟 交互环境。通过这个系统，有计划，有目的，合逻辑地将展示的内容展现给操 作者，达到培训效果。 第一部分，本部分论述了虚拟现实技术的理论依据，在现有理论基础上对 虚拟现实技术运用到仿真系统中作了进一步阐述，以及虚拟仿真系统的设计方 法，包括

4、把工业设计运用到虚拟仿真系统中。 第二部分，在第一部分的理论基础上进行整合和深化，分析了虚拟城市配 电培训仿真系统的开发方法。以武汉市阅马场的环境概貌和配电设备的地理位 置为依据，利用二维 Photoshop 技术及三维 3DStudio MAX 技术进行虚拟场景和 配电设备的建模及贴图，完成虚拟环境的展示和产品动画的制作。 第三部分，根据配电培训仿真系统的特点，针对该系统在应用领域上的限 制，在虚拟场景漫游和设备展示过程中，通过视频动画、旁白、音乐对虚拟仿 真系统做了补充，并对方案实现过程中的关键技术进行了阐述。两种技术结合 的仿真系统在适用领域上具有互补性，实现了让系统更具真实性、交互性、

5、易 用性等特点。 第四部分，详细论述虚拟展示的艺术表现语言，在阐述过程中结合实际项 目，通过分析虚拟场景及产品展示设计的审美体验，试图探询虚拟仿真系统设 计是虚拟现实技术与设计艺术相结合的产物。 第五部分，结论和展望。对配电培训仿真系统的场景创建及设备展示进行 总结，并指出有待深化研究的问题。 关键词: 虚拟现实 配电仿真系统 场景建模 设备展示 II ABSTRACT This paper is based on a systematic study of basic theory and core technology concerning virtual reality technolo

6、gy, which shows in-depth and detailed study and discussion to virtual environment roaming and product display, as an indispensable part of virtual simulation system. Taking urban design projects, it discusses design methods of the scene modeling and device display, the key technologies of modeling.

7、And use multimedia technology as a supplementary means give a sense of realism and immersion into training simulation system, to create virtual interactive environment full of artistic appeal. Through this system, way to it displays the content to the operator to achieve the training effect designed

8、ly in a purposefully logical way. Part I is the theory of virtual reality technology. Basing on the existing theory, use of virtual reality technology into the simulation system has been further elaborated, as well as the design method of virtual simulation system, including the use of industrial de

9、sign to the virtual simulation system. Part II analyses the development methodology of virtual training simulation system for urban distribution integrated and deepened under the base of the theory in chapter I. Virtual scene modeling and product display design is processed accordance with environme

10、nt and geographical location of Wuhan Yuemachang, which uses Photoshop techniques and 3DStudio MAX three-dimension technology to virtual scene modeling and mapping the distribution of equipment. Complete virtual environment display and product animation production. Part III describes the key technol

11、ogies in the process of programs realization, according to the characteristics and constraints of training simulation system. And it does a supplementary by the virtue of video animation, narration, music in the process of virtual situational roaming and device display. Combination of two technologi

12、es in the application of simulation system is complementary, which makes sure that the system has more authenticity, interactivity, practicability. Part IIII is the artistic expression language of the virtual display. In the light of the actual course of the project, the author tries to explore the

13、fact that virtual simulation system design is product of virtual reality technology and arts, by analyzing the virtual scene and product display design aesthetic experience. Part V is conclusions and outlook, to which sum up the power-Distribution Simulation System, and pointed out that the issues t

14、o be deeply studied. Keywords: Virtual Reality, power-Distribution Simulation System, Scene III modeling, Equipment display. 目 录 摘摘 要要I I ABSTRACTABSTRACTIIII 1.1.绪论绪论1 1 1.1课题研究背景来源及意义.1 1.2国内外的研究现状.2 1.3课题研究的主要内容及创新点.4 1.3.1研究内容 .4 1.3.2研究创新点 .5 1.4课题研究方法.5 2.2. 配电培训仿真系统开发的理论依据配电培训仿真系统开发的理论依据 7 7

15、2.1虚拟现实技术概述.7 2.1.1虚拟现实技术的定义 .7 2.1.2虚拟现实技术的特征分类 .7 2.1.3虚拟现实技术的应用及发展 .8 2.2基于虚拟现实的仿真系统设计10 2.2.1仿真系统理论 10 2.2.2虚拟现实技术在仿真系统中的应用 10 2.2.3虚拟现实在仿真系统开发的先进性分析 11 2.2.4基于虚拟现实技术的仿真系统设计的应用意义 13 2.3虚拟仿真系统技术与工业设计的相互作用14 2.3.1虚拟现实技术中工业设计的应用 14 2.3.2虚拟仿真系统应用在工业产品中的研究意义 15 2.4基于虚拟现实的仿真系统与设计艺术15 2.5本章小结16 3.3. 配电

16、培训仿真系统的场景和设备构建研究配电培训仿真系统的场景和设备构建研究 1717 3.1城市配电培训仿真系统创建的应用分析17 3.1.1地理环境和适用人群分析 17 3.1.2需求分析 17 IV 3.1.3功能分析 18 3.2场景和产品创建的资料收集和整理18 3.2.1场景和设备资料来源 18 3.2.2纹理贴图素材的收集和分析 22 3.3虚拟场景及设备建模的说明24 3.3.1基于真实的场景及设备创建过程 24 3.3.2软件工具的选择 24 3.3.33DMAX 建模的优越性.25 3.4配电培训方针系统场景和设备的构建原则26 3.5场景和产品建模中的注意事项27 3.6本章小结

17、27 4.4. 配电培训仿真系统场景展示及设备制作的实践配电培训仿真系统场景展示及设备制作的实践 2929 4.1配电培训仿真系统场景和设备建模的数据获取29 4.1.1原始资料 29 4.1.2贴图资料 32 4.23D 模型导出规则 .33 4.3三维实体建模环节34 4.3.1地形、地貌的建模 34 4.3.2建筑体和设备的建模 35 4.3.3环境小品的建模 40 4.43DS MAX UVW 贴图的运用40 4.4.1UVW 贴图的注意事项.40 4.4.2场景及设备模型的 UVW 贴图制作过程 42 4.4.3材质贴图的完成 51 4.5配电设备的 3D 动画制作.52 4.5.1

18、设备动画制作流程 52 4.5.23DMAX 制作动画的格式输出.53 4.6虚拟场景的合成与展示53 4.7本章小结57 5.5. 多媒体技术在配电培训设备展示的设计实践多媒体技术在配电培训设备展示的设计实践 5858 5.1配电培训设备展示的整体把握58 5.1.1设备展示的制作流程 58 5.1.2制作中所运用的技术软件 59 V 5.2配电设备展示的设计思路60 5.2.1设备演示动画的主题分析 60 5.2.2设备展示的轴线分析 61 5.3运用多媒体技术进行配电设备展示61 5.3.1数字合成技术运用方法 61 5.3.2后期特效的运用方法 65 5.3.3二维动画和三维动画在设备

19、培训展示中的应用 66 5.4配电设备展示培训动画的画面制作分析67 5.4.1. 设备展示动画制作的规范与说明 67 5.4.2. 设备展示的画面内容把握 67 5.4.3. 设备展示的画面色调分析 69 5.5配电设备展示培训动画的声音制作70 5.5.1配电设备展示中声音的作用 70 5.5.2配电设备展示中声音的运用 71 5.6设备培训展示制作的注意事项72 5.6.1视频演示动画制作前期 72 5.6.2视频演示动画制作中期 72 5.6.3视频演示动画制作后期 73 5.7本章小结74 6.6. 基于项目设计实践的艺术审美及创新分析基于项目设计实践的艺术审美及创新分析 7575

20、6.1虚拟现实环境中的审美体验75 6.1.1. 虚拟现实环境中的审美 75 6.1.2. 虚拟现实与艺术的共通 75 6.1.3. 技术直接介入设计艺术 76 6.2项目实践中的设计艺术分析76 6.2.1基于项目设计制作过程的分析 76 6.2.2基于配电培训仿真系统特点的分析 77 6.3配电培训方针系统设备动态展示的设计艺术表现78 6.3.1产品展示的概念及表现语言 78 6.3.2产品的动态虚拟展示的表现语言 78 6.3.3配电仿真系统中设备展示的艺术分析 79 6.4基于项目经验的创新理念分析81 6.4.1数字化工业设计应用于配电培训方针系统 81 6.4.2产品展示设计在虚

21、拟现实技术中的创新 81 VI 6.5本章小结82 7.7. 结论与展结论与展望望 8383 7.1本文的主要研究成果83 7.2本文所涉及的局限性与及延伸的思考83 7.3本文的发展方向及对虚拟现实设计的一些构想84 参考文献参考文献8686 致致 谢谢8989 附附录录 1 1 9090 附录附录 2 2 9191 1 1.绪论 虚拟现实是随着科学和技术的进步，军事和经济的发展而兴起的一门由多 学科支撑的新技术，它可以很好地面对市场全球化的要求，并且有助于人们更 好地去解决资源问题、环境问题与需求多样性问题。虚拟现实技术的模拟在仿 真系统中取得了很大的进步。这些图像和计算机辅助设计的画面对

22、获取清晰的 视觉效果非常有益，并能帮助对零部件进行快速整合。虚拟仿真系统是基于虚 拟现实技术由实体的展览过渡到实体与虚拟共同展示的阶段。在虚拟现实技术 开始逐渐发展的背景下，如何将反映现实世界的信息以更加直观形象的方式重 现，正是虚拟现实技术和可视化仿真技术研究的目的所在。本文从一个带有创 新意识的课题基于虚拟现实技术的城市配电仿真培训系统的设计研究中， 抽离出其中最重要的一部分，即虚拟场景漫游及设备的三维展示相结合的设计， 研究如何更好的建立一个虚拟的配电培训仿真系统。 1.1 课题研究背景来源及意义 伴随着科学的不断发展,各种新技术层出不穷,而各个学科相互融合发展， 又产生了许多新的学科技

23、术，每一次新科技的出现，都会给产品设计的途径、 方式带来新的发展和变化。虚拟现实技术(Virtual Reality, VR)是利用计算机 建立的人工媒体空间，它是虚拟的，但是又具有真是感，通过多媒体传感交互 设备使人进入一种虚拟环境，产生身临其境的感觉。这种虚拟环境是通过计算 机生成的一种环境，它可以使真实世界的模拟体现，也可以是构想中的世界。1它 是计算机发展到 21 世纪技术与艺术的完美结合。2虚拟技术应用到工业设计中， 更会体现出它的很多优势，给设计业带来全新的理念和方式。 城市配电培训仿真系统的项目来源于导师的研究项目，主要是和电气学院 的小组一起为湖北省电力局关于国家电网配电培训教

24、学软件系统的开发。仿真 系统开发的场景创建主要以武汉市阅马场周围的环境和建筑为主，介绍和展示 了其中的配电设备，希望借助虚拟现实的技术，以场景漫游和产品展示的方式 对培训人员进行教学。配电培训仿真系统的设计开发是提高操作人员素质,保证 配电仿真系统安全、有效运行的重要手段之一。将虚拟现实技术引入电力系统 的培训系统,能给培训系统增添真实感和沉浸感。虚拟现实技术结合了计算机图 形学、多媒体技术、人机交互技术等,是仿真技术的高级发展和突破。 1 周炎勋.虚拟现实技术综述.计算机仿真, COMPUTER SIMULATION, 北京：清华大学. 1996 年 01 期. 2 郭根生. 走进虚拟现实J

25、. 多媒体世界, M world,北京:清华大学. 2000 年. 第 12 期. 2 虚拟现实仿真系统具有更多、更自然的交互方式，从某种意义上说，虚拟 现实仿真系统的目标就是把设计人员从键盘和鼠标上解脱下来，使其在多维的 信息环境中进行自然的交互，实现从定性和定量综合集成环境中得到感性和理 性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。目前对于虚拟现实仿真系统交互技 术的研究集中于三个方面:触觉、视觉和听觉。通过研究证明：把虚拟现实技术 应用到仿真系统中,可以和设计对象进行更自然、更直观的交互。这样的系统展 示更便于操作，也适合于具有不同专业背景的技术人员参与设计。3 21 世纪以来，随着电子、信息

26、等高新技术的不断发展，随着市场需求个性 化与多样化，未来先进技术发展的总趋势逐步向精密化、柔性化、网络化、虚 拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。虚拟现实仿真系统的设 计也需要在传统的设计基础上，向多学科融合的方面进行发展。工业设计是制 造业的灵魂，统观当前先进制造技术的发展趋势，可以全面预测出，把工业设 计应用于虚拟仿真系统是一个具有创新性理念也是未来必经的一个发展方向。4 1.2 国内外的研究现状 虚拟现实仿真系统在现实中的应用有很多的方面,正由于其具有以上的优点 而被越来越多的人关注。5 虚拟现实技术近年来在美、英、日等发达国家得到 了迅速发展、并已显示出广阔的应用前景。 美

27、国是虚拟现实技术的发源地。美国虚拟现实技术的研究水平基本上代表 了国际 VR 发展的水平。美国在该领域的基础研究主要集中在感知、一用户界面、 后台软件和硬件四个方面 6。美国宇航局的 Ames 实验室完善了 HMD，并将 VPL 的数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品。美国宇航局完成的一项著名 的工作是对哈勃太空望远镜的仿真。现在 NASA 已经建立了航空、卫星维护 VR 训练系统、空间站 VR 训练系统，并且己经建立了可供全国使用的 VR 教育系统。 麻省理工学院在 1985 年成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究，此外， 还进行“路径规划”和“运动计划”等研究。北卡罗来纳大学的计算

28、机系是进 行 VR 研究最早、最著名的大学。他们研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、 建筑仿真等。他们在显示技术上开发了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动 态显示的并行处理系统，叫做象素飞机(Pixel Planes)。华盛顿大学华盛顿技 术中心的人机界面实验室在新概念研究中处于领先地位，同时也在进行感知、 3 周洪玉, 王慧君, 周岩. 虚拟现实及应用的研究 J. 哈尔滨:哈尔滨理工大学学报, 2000,(4):49-51. 4 魏国前, 范勤. 虚拟现实及其在机械工程的应用 J .计算机应用, 1999, (8):35-36. 5 曾芬芳主编. 虚拟现实技术. 上海交通大学出版社, 19

29、97 年 第一版. 6 陈定方等著, 虚拟设计, 北京, 机械工业出版社, 2002.10. 3 知觉、认知和运动控制能力的研究。伊利诺斯州立大学研制出在车辆设计中支 持远程协作的分布式 VR 系统。7 1990 年以后，欧洲关于 VR 的研究进入了积极而又切实的发展阶段。1993 年报导的 VR 市场排名榜列出了 1。个从事 VR 研究开发的中心，其中英国有 5 个，苏格兰 2 个，法国、德国和瑞典各 1 个，这些中心的 VR 产品是以商品化娱 乐为主。当然，从事 VR 基础研究的团体远远多于这个数量。VR 在英国 VR 开发 的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备的设计和应用研究方面，

30、英国 在欧洲乃至世界上都是领先的，至上世纪末为止，英国己经有从事 VR 研究的六 个主要中心。 在东亚地区的虚拟现实技术的研究与开发中日本是居领先的国家之一，她 主要致力于建立大规模 VR 知识库。韩国高级科学与技术研究院和新加坡国立大 学也开展了 VR 研究工作。在我国，对 VR 技术的研究和发达国家相比，还是有 一定的差距的，海尔以完善的电子商务模式极大地促进了产品的销售 8，但它们 也都停留在图片浏览的程度上，离完全实现网络三维数字化展示还有一段距离。 国内的一些重点院校，紧跟国际新技术，已经积极投入到 VR 领域的研究中。9北 京航天航空大学在虚拟现实中的视觉接口方面开发了部分硬件，并

31、提出了相关 算法及实现方式，实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究 论坛，他们的管理系统仿真实验室利用虚拟现实建模语言 VRML 提出了可在 PC 机上运行虚拟现实仿真系统的构想，并实现单服务台排队系统的虚拟现实仿真。 浙江大学的 CAD如果装配有问题，修改零件数据后再进行虚拟装配，可节 14 邓岳辉,杨以涵,等.虚拟现实技术.电力情报.1997(4):79. 15 胡忠东,樊爱华.虚拟现实工具.计算机仿真.1997,14 (3):6164. 9 省财力、物力和时间。 (2) 产品设计。为了满足用户多样化的需求，最好的办法是用户参与设计。但 许多用户不懂设计，也看不懂图纸，VR

32、则给用户提供了参与设计的机会。以建 筑设计为例，采用 VR 技术预先生产出虚拟建筑原型，再让用户戴上头盔式显示 器和指点装置进入虚拟建筑物，便可从不同角度观看室内空间结构、采光状况、 室内装饰等等。用户提出意见，经修改后又可得到新的虚拟建筑原型，直到用 户满意为止。 (3) 培训工作人员。最近，美国 Sun 微系统公司实现了可以进行车削加工的虚 拟车床系统，只须使用三维鼠标、头盔式跟踪器以及液晶立体显示器，就可用 来培训车工。16 (4) 产品促销。VR 在商品促销中有很大的应用潜力。IBM 公司为福特公司设计 了一种“虚拟现实经验系统” ，让用户在新型福特汽车中进行虚拟驾驶，对促销 车辆、活

33、跃市场起到了很好的作用。17 (5) 沉浸式设计环境。虚拟环境与设计互连,通过建立三维数字模型,设计者使 用虚拟现实装备在虚拟环境中直接指导操纵模型。在产品开发的各个阶段,对虚 拟产品原形的结构、功能、性能、加工工艺、装配、生产组织等各个方面进行 虚拟环境下的仿真,从而保证设计的可靠、高效。 (6) 虚拟装配。产品往往不是单一的零件,多零件产品的装配干涉是常见错误。 传统的设计方法,这一错误要到产品最后装配时才能发现。应用虚拟设计,则可 以及早发现干涉甚至完全避免干涉的发生。通过装配模拟软件,设计人员可以对 虚拟原型进行试验,分析应力和变形等。若设计不符合标准,可以方便地更改模 型,并重新生成

34、模型。 2.1.3.2 科研教育等领域的应用 VR 技术用于科研，其核心是建立数学模型和科学可视化技术。科学可视化 技术将来自数据源的大量数据，按照数据模型转换成容易理解的三维图像，且 允许研究者在可视化场景中有一定的交互。例如，建立虚拟植物模型能生成虚 拟植物，预测真实植物在不同试验条件下的生长情况，并以旋转三维图像来模 拟显示其结构生长动态，这一过程只须几秒钟就可以完成。18 教育是 VR 最有发展前途的应用领域。VR 的特色技术，将给教育带来一场 深刻的革命。目前，许多教学内容落后于高速发展的科学技术水平，学生掌握 的知识往往不能适应社会的需求。网上数字化信息更新快、资源丰富，如果建 立

35、网上虚拟学校，将会使学生获得更多的学习主动权并可按社会需求调整自己 16 http:/www.sinaeomen2000/11/0516:49 新华网 17 http:/ 18 Jake Simpson, http:/ 10 的知识结构在网络上一个优秀教师面对的不只是几十、几百人，而是成千上万 的学生。在虚拟课堂上，学生可以身临其境地接受一流学校和一流教师的良好 教育。 另外，虚拟现实技术在娱乐、医疗领域的应用也很多，例如，VR 游戏在室 内进行，游戏内容通过软件可以无限地变换和翻新；利用虚拟现实定位系统对 病人的 CT 数据进行三维重建，医生可以在虚拟环境中确定手术路线，在进行手 术时，计算

36、机根据预先定义好的路线指导医生手术等。在这里就不一一分析了。 2.2基于虚拟现实的仿真系统设计 2.2.1 仿真系统理论 仿真(Simulation)是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的 系统，包括技术系统，如电气、机械、机电等，也包括社会、经济、生态、生 物和管理等非技术系统。19 仿真技术的实质就是进行建模、实验。现代仿真系 统技术的发展与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关。控制工程 和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机的出现及计算技术的 发展则为仿真系统提供了一个强有力的手段和工具。 仿真技术最早应用于航空航天领域,近年来在机械制造、电气、水力、社会、

37、 经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。仿真技术发展的主要原因 是它所带来的重大的社会和经济效益。仿真系统的应用大致可分为：对已有系 统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系 统运行时,利用仿真模型作为观测器，向用户提供有关系统过去的、现在的、甚 至是未来的信息,以便用户实时作出正确的决策；在系统运行前,利用仿真模型 作为预测器,向用户提供系统运行后可能产生的现象,以便用户修订计划或决策； 利用仿真模型作为训练器,训练系统操纵人员或管理人员。20工程领域应用仿真 技术，可以降低系统的研制成本，提高系统实验、调试和训练过程的安全性； 在非工程领域,仿真技术作为

38、研究系统的必要手段，可以尽可能地避免直接实验。 19 周箭祥,曲战胜. 虚拟现实技术仿真研究中应用的探讨.中国航天 1998. no.12. P11-13. 20 周箭祥，曲战胜.虚拟现实技术仿真研究中应用的探讨.中国航天.1998.no.12，P11l-13. 11 2.2.2 虚拟现实技术在仿真系统中的应用 仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验，了解系统中变 量之间的关系,观察系统模型变量变化的全过程。此外,为了对仿真模型进行深 入研究和结构优化,还必须进行多次运行及系统优化等工作，因此，良好的人机 交互性是系统仿真的一个重要特性。 建立模型(建模)是仿真的第一步,也是十分重

39、要的一步。在传统仿真技术中,要 建立一个仿真系统,首先要建立系统的数学模型,然后将其改写成适合计算机处 理的仿真模型。建立仿真模型后,才能书写相应的程序。 传统的系统仿真技术很少研究人的感知模型的仿真,因而无法模拟人对外界 环境的感知(听觉、视觉、触觉)。随着多媒体技术、计算机动画、传感器技术 的发展,用计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明,人类 对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于对数字和文字等抽象信息的理 解能力。把虚拟现实技术引入系统模拟仿真的各个阶段,可使人沉浸其中,对所 需解决的问题有清晰的认识,而不再仅局限于从屏幕上观察仿真的结果,从而使 模型的建立和验证更

40、加方便。21 本课题以创建一个城市配电虚拟仿真培训系统为前提, 介绍了虚拟现实技 术进入培训教学的研究，用于培训和展示城市中的电气设备的功能、使用方法、 产品所处的建筑环境当中,为城市的配电设施提供了一个实用的性能评价模拟仿 真系统。它可用于配电设备的再创新设计、运行中的性能分析；在各种气候和 运行环境下的建筑物详细情况；配电设备所处建筑物的初步设计和可行性分析； 分析三维空间里配电设备的动态运行特性和舒适性。提出了把虚拟现实技术、 多媒体技术综合运用并引入培训系统，避免采用传统的实物演示或者多媒体展 示的半实物虚拟仿真的尝试方案，充分发挥现代信息技术的集成性、控制性交 互性的特点。 2.2.

41、3 虚拟现实在仿真系统开发的先进性分析 把虚拟现实理论应用到虚拟仿真设计中具有一定的先进性，本小节就从三 个方面进行分析研究。 （1）设计程序的简化 在以往的设计过程中,设计师利用纸、笔、圆规、绘图仪等许多复杂的工艺 进行制作,在数字化时代，展示设计的表达更加简易,键盘、鼠标代替了传统的 工艺、模型、实物展示。虚拟仿真系统是计算机模拟的三维环境,使用者可以身 21 何华灿,魏宝刚,等.大型变电站仿真培训系统的设计和实现.计算机仿真,1996,13(2):2023. 12 临其境,并操纵系统中的每一个对象,同时又具备了听觉、触觉、嗅觉的多媒体 功能,使得虚拟展示的方式更为多元化和主动性的，是它的

42、“实时”图形渲染功 能,所谓“实时”就是即时随机进行图形渲染的一种技术。22 它使得用户在观 赏三维的场景时,可以根据自己的需要变幻视觉观察和所想要的信息，这种获取 信息的行为完全是主动的，设计者要引导观众增强观者的兴趣。使用者看到哪 里就达到哪里,可以亲自成为最新设计的操手，从中获得无穷的乐趣，而完成这 一切只需要晃动你手中的鼠标而已。这就是它与传统三维环境最大的区别，也 是作为交互性展示手段的最大优势所在。 （2）展示效率的明显提高，效果生动逼真 在展示设计中,设计者运用计算机材质库中所提供的材料肌理,可得到多种 质感的表现效果,通过视觉产生软硬、粗细、明暗、透明、模糊等对比的变化效 果,

43、方面地改变形状、色彩等,得心应手的达到精细的设计作品,使其层次感、丰 富性和多样化更为突出。 虚拟仿真系统展示是以动态、全方位、三维立体方式展示场景、事物和文 字。23 2009 年北京太比雅科技有限公司和日本 FORUM8 联合推出三维实时动态 虚拟仿真展示设计软件，太比雅公司推出的 UC -win/Road 是一款通过简单操作 即可快速实现三维实时动态虚拟仿真展示的软件，24 是城市规划、道路建设、 园林景观等基础工程行业投资方、设计院、施工单位、审批机关、受影响居民 等相关方就项目方案给以动态说明，进行有效沟通达成协议的通用语言工具。 它的展示方式可使参观者观看到更真实的展示内容，更能吸

44、引参观者的注意力。 用户足不出户即可点击所要访问的地方、实物和文字,如同“身临其境” （如图 2-1） 。Internet 网络和虚拟现实技术,推进了人们与现实生活的距离,运用视觉、 感官加速对社会的认识、文化的了解、知识的学习。该系统可广泛应用于展览 业、院校及企事业单位介绍、企业的产品介绍等。图书馆虚拟展示应用虚拟现 实技术主要用于向广大读者介绍如何使用图书馆,提供在线的、全景图的方式, 三维立体的效果向读者展示图书馆的外观、楼层、室内布局、书库、书架,甚至 书架上的每一本书及其全文。 22 王婉,徐福培.虚拟现实中虚拟场景实现技术的研究.南京:南京大学.2001:9-10,P6-25.

45、23 冯允成,韦有双.虚拟现实与系统仿真.计算机仿真 .1994，16(2):63-66 24 http:/ 式，造成了与传统艺术在生产方式、结构方式、传播方式等方面的重大美学转 向或对立，并由此也带来了艺术对技术的严重依赖性。技术本身已参与到人与 艺术的构造中，成为人与艺术之间关系的一部分。作为一种新技术，它同时创 造着人与世界、人与艺术的新关系与新环境。 虚拟现实技术的核心是通过计算机产生一种如同“身临其境”的具有动态、 声像功能的三维空间环境，而且使浏览者能够进入该环境，直接观测和参与该 环境中事物的变化与相互作用。作为一个虚拟现实的作品，我们无法回避它在 技术方面的美学特性。在机械制造

46、领域有技术美学，在虚拟现实领域同样有虚 拟技术美学。它们涉及到造型艺术、视觉艺术、听觉艺术和人机工程学等美学。 6.2项目实践中的设计艺术分析 6.2.1 基于项目设计制作过程的分析 80 如果说虚拟仿真系统是通过一种符号来解释其运算所产生的变化和无限的 可能的，那么，设计艺术则是以其华丽的外在符号令数字技术绽放其特殊魅力， 使其更具形象性。34 设计艺术的表现决定了设计作品的视觉品位，那么设计艺 术合理的渲染制作手段有效地强化了虚拟配电培训仿真系统的表现力。 场景创建和设备展示的艺术审美首先必须服从于其配电培训仿真系统的功 能，既要强调设计的艺术表现力，又要避免技术功能的喧宾夺主;既要突出设

47、计 艺术的个性，又要避免艺术风格化与技术功能化的不协调。在配电培训仿真系 统中的场景创建与设备展示设计的领域里，技术的作用是举足轻重的。如果没 有技术功能的更好参与，设计艺术作品肯定会变得索然无味。捉襟见肘。所以， 既要让技术功能服从于艺术表现，又要让表现形式服从于主题内容，两方面互 补统一才能充分表现出数字化技术全新的丰富表现力和审美性。 由此可见，进行场景及设备展示的设计，前提是要具有专业的功能技术展 示技能，在增强设计的表现力的同时，不断地对技术提出更高的要求，只有这 样才能在场景及设备展示的设计中突出艺术审美力。技术与艺术的结合创作过 程中需要合理地运用工具，丰富自己的艺术表现手法。但

48、需要指出的是，在场 景及设备的设计创建中，技术将不是决定高低的惟一标准，我们更应注重的是 设计的各方面体现的艺术美感的兼备和设计思想内涵的提高，即不但要满足功 能的实用型，还要满足用户心理审美的适用性。 6.2.2 基于配电培训仿真系统特点的分析 配电培训仿真系统的特点是它易于操作，并且具有多向的交互培训特点。 配电培训仿真系统通过计算机让其数据信息如神经般进行反馈来获得设计的反 复重塑，将配电培训仿真系统的设计中加入艺术的表现力，使配电培训仿真系 统的设计开发在互动中凝聚着变化，并得到补充，强大的计算机则将死板的数 字运算变得生动而真实，将丰富的触觉感受呈现于通过数字技术呈现于用户的 视野。

49、我们可以想象，当用户如同欣赏一个完美的艺术作品般进入数字化技术 的世界，心灵和精神的快感也随之产生双向的交互。同样，根据功能的不同， 内容的不同和对象的需要来进行自由选择感觉通道以传递感受，能使情感的符 号通过跨时空的设计得到表现，并因此获得最大程度的升华。 时空性应该是配电培训仿真系统的重要特征。在今天，虚拟现实技术、计 算机三维技术被广泛运用于设计作品中，让我们将亿万年前“侏罗纪的生命” 恐龙带到我们眼前以此获得生命的再次创造，甚至我们可以在作品中忘却时 间和空间的羁绊，去环游宇宙。在数字技术中，造型的艺术创造变得如此简单 34关于数字化设计艺术的载体、信息特性及其技术的关系.金江波士.海人学美术院 .2002.1. P11-12. 81 而具可重复性，只要具有足够的想象力和艺术表现力，我们就能运用数字这个 “上帝之手”将现实与虚拟“压缩”于自己的作品之中，一切都会被我们点化 为不可思议的所在。 6.3配电培训方针系统设