电网自动化设备三维仿真培训系统的制作方法

本发明涉及计算机，特别涉及一种电网自动化设备三维仿真培训系统。

背景技术：

1、在电网自动化领域，操作员的培训对于确保电力系统的安全、可靠和高效运行至关重要。随着技术的进步，三维仿真技术已被广泛应用于各种培训系统中，提供了比传统教学方法更为直观和互动的学习体验。然而，现有的电网自动化设备培训系统往往依赖于过时的二维图形和有限的交互功能，这限制了用户对复杂电网自动化设备操作环境的全面理解和深入学习。

2、此外，传统的培训方法很少能够提供即时反馈和个性化教学计划，导致学习效率低下，且难以适应不同用户的具体学习需求。在这些系统中，物理互动和设备操作的真实性往往被忽视，这进一步增加了从学习环境到实际操作环境的转换难度。

3、因此，研发一种新的电网自动化设备三维仿真培训系统非常有必要。

技术实现思路

1、本申请提供及一种电网自动化设备三维仿真培训系统，以提高培训效果。

2、本申请提供一种电网自动化设备三维仿真培训系统，包括：

3、三维仿真模块，包括图形处理单元和物理引擎，所述图形处理单元用于创建和渲染电网自动化设备的三维模型；所述物理引擎用于模拟电网自动化设备操作的真实物理互动和反馈；

4、智能教学模块，用于根据用户通过用户界面与三维仿真模块的互动行为及学习进展，确定与用户的实际操作水平相匹配的教学计划和难度级别；根据确定的教学计划和难度级别，向用户发出教学调整指令；

5、用户界面，用于向用户展示由三维仿真模块通过图形处理单元渲染的电网自动化设备和环境；提供一个交互式接口，使用户能够对三维模型执行模拟操作，其中，所述模拟操作通过物理引擎进行反馈模拟；接收来自智能教学模块的教学调整指令，并根据接收到的教学调整指令调整显示的教学内容和难度。

6、更进一步地，所述图形处理单元用于执行光线追踪算法，以模拟电网自动化环境中复杂光照条件下的光线行为，以及光线与电网自动化设备表面材质的交互，其中，所述光线行为包括光线的散射、反射和折射；所述光线追踪算法包括如下步骤：

7、进行场景设置，包括对于场景中光源的类型、光源的位置、光源的光强以及电网自动化设备的几何形状和材质属性进行设置；其中，所述光源类型包括点光源和方向光源，所述材质属性包括反射率和折射率；

8、从光源发射虚拟光线，并跟踪所述虚拟光线在场景中的传播路径，所述传播路径包括光线遇到设备表面时的散射、反射、折射；

9、对于所述传播路径中虚拟光线与电网自动化设备的交互，计算交互点的光照强度和颜色，计算公式分别如下面的公式1和公式2：

10、；

11、；

12、其中，代表交互点的总光照强度；代表环境光照强度；代表光源的亮度；是交互点表面的法线向量；是从交互点到光源的单位向量；是反射向量；是从表面点到观察者的向量；是表面的漫反射系数；是镜面反射系数；是材质的光泽度；代表交互点的总颜色；代表环境光对物体颜色的影响，为一个常数值，所述常数值代表在没有直接光照的情况下物体反射的最小颜色量；是光源颜色，表示光源本身的颜色特性；是物体本身的颜色。

13、更进一步地，所述图形处理单元用于执行纹理映射算法，以对电网自动化设备的表面细节进行优化；所述纹理映射算法使用如下的公式3进行纹理调整：

14、；

15、其中，代表调整后的纹理颜色；是原始纹理颜色；是表面亮度，通过对表面上的交互点的总光照强度进行求和获得；是材质的光反射率。

16、更进一步地，所述智能模块采用一个训练过的混合型神经网络模型来动态确定与用户的实际操作水平相匹配的教学计划和难度级别；所述混合型神经网络模型包括决策树网络、行为模式识别网络以及综合评估网络；

17、所述决策树网络采用决策树模型实现，用于对用户的直接操作数据进行处理，获得用户学习进展和技能水平的初步分类结果，其中，所述直接操作数据包括操作成功率、平均操作时间、错误次数和帮助请求频率；

18、所述行为模式识别网络采用卷积神经网络实现，用于对用户的操作行为模式数据进行处理，获得用户的学习障碍分析结果，其中，所述操作行为模式数据包括手势识别和操作序列的时间分布；

19、所述综合评估网络采全连接神经网络实现，用于对所述初步分类结果和学习障碍分析结果进行处理，从而获得与用户的实际操作水平相匹配的教学计划和难度级别。

20、更进一步地，所述决策树网络包括一个动态特征选择机制，所述动态特征选择机制基于机器学习算法自动识别并选择与用户学习进展和技能水平最相关的特征；其中，所述最相关的特征包括用户操作的速度变化、操作的准确性以及用户在操作任务上的改进速度。

21、更进一步地，所述行为模式识别网络采用一种卷积神经网络和循环神经网络的混合结构。

22、更进一步地，所述综合评估网络包括一个基于用户反馈的自适应学习模块，所述自适应学习模块利用来自用户对教学内容满意度的直接反馈，动态调整综合评估网络的权重和参数。

23、更进一步地，所述用户界面包括一个仪表盘，所述仪表盘用于动态展示用户的学习进度、已经完成的教学单元和即将到来的教学内容。

24、更进一步地，所述用户界面包括互动问答功能，所述互动问答功能使用户能够直接通过用户界面提交与三维仿真模块相关的问题，并接收智能教学模块生成的定制化答案。

25、更进一步地，所述用户界面包括模式切换功能，所述模式切换功能允许用户根据个人偏好在不同的视图和操作模式之间切换。

26、本申请具有如下有益的技术效果：

27、（1）提供高度真实的操作环境：通过结合先进的图形处理单元和物理引擎，本系统能够创建和渲染极为真实的电网自动化设备三维模型，为用户提供几乎与现实无异的视觉体验和操作反馈。这种高度真实的仿真环境可以显著提高用户的学习效率和操作精准度，特别是在复杂设备操作和故障应对训练方面。

28、（2）智能教学模块能够根据用户的互动行为和学习进度动态调整教学计划和难度级别。这种个性化的学习路径不仅可以适应不同水平用户的需求，还能够针对用户的弱点提供定制化的训练，从而更有效地促进用户技能的提升。

29、（3）用户界面提供了一个交互式的操作平台，使用户能够直接对三维模型执行模拟操作，并实时接收来自物理引擎的反馈模拟，这种互动性大大增强了学习的沉浸感和体验质量。通过模拟操作的即时反馈，用户可以立即了解操作的正确性与否，加深理解和记忆。

30、（4）及时更新和个性化调整的教学内容：系统能够接收并执行来自智能教学模块的教学调整指令，根据用户的学习进度和操作表现及时更新和个性化调整教学内容。这保证了教学计划的时效性和适应性，帮助用户在最短时间内达到最佳的学习效果。

技术特征：

1.一种电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述图形处理单元用于执行光线追踪算法，以模拟电网自动化环境中复杂光照条件下的光线行为，以及光线与电网自动化设备表面材质的交互，其中，所述光线行为包括光线的散射、反射和折射；所述光线追踪算法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述图形处理单元用于执行纹理映射算法；所述纹理映射算法使用如下的公式3进行纹理调整：

4.根据权利要求1述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述智能模块采用一个训练过的混合型神经网络模型来动态确定与用户的实际操作水平相匹配的教学计划和难度级别；所述混合型神经网络模型包括决策树网络、行为模式识别网络以及综合评估网络；

5.根据权利要求4述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述决策树网络包括一个动态特征选择机制，所述动态特征选择机制基于机器学习算法自动识别并选择与用户学习进展和技能水平最相关的特征；其中，所述最相关的特征包括用户操作的速度变化、操作的准确性以及用户在操作任务上的改进速度。

6.根据权利要求4述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述行为模式识别网络采用一种卷积神经网络和循环神经网络的混合结构。

7.根据权利要求4述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述综合评估网络包括一个基于用户反馈的自适应学习模块，所述自适应学习模块利用来自用户对教学内容满意度的直接反馈，动态调整综合评估网络的权重和参数。

8.根据权利要求1述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述用户界面包括一个仪表盘，所述仪表盘用于动态展示用户的学习进度、已经完成的教学单元和即将到来的教学内容。

9.根据权利要求1述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述用户界面包括互动问答功能，所述互动问答功能使用户能够直接通过用户界面提交与三维仿真模块相关的问题，并接收智能教学模块生成的定制化答案。

10.根据权利要求1述的电网自动化设备三维仿真培训系统，其特征在于，所述用户界面包括模式切换功能，所述模式切换功能允许用户根据个人偏好在不同的视图和操作模式之间切换。

技术总结本发明公开了一种电网自动化设备三维仿真培训系统，旨在提供一种高效、真实且个性化的学习平台；首先，三维仿真模块利用图形处理单元和物理引擎，创建和渲染电网自动化设备的三维模型，为用户提供视觉上的真实性及操作上的真实感；其次，智能教学模块通过分析用户的互动行为和学习进度，自动调整教学内容和难度，以匹配用户的实际操作水平；最后，用户界面作为用户与系统互动的平台，提供交互式操作接口，允许用户执行模拟操作，同时根据智能教学模块的指导调整教学内容；该系统通过集成图形渲染技术、物理仿真和人工智能教学，为电网自动化领域的专业人士和学习者提供了一个创新的培训工具，旨在增强理解、提高操作技能，并促进学习效率。技术研发人员：宋新新,荆辉,王志强,周博曦,王仕韬,李经纬,徐英杰受保护的技术使用者：江苏万炬科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5