随着中国核电事业的迅速发展，虚拟现实仿真技术在核电领域发挥着越来越重要的作用。此项技术可广泛应用于安全分析、安全评价、事故措施分析和验证、操作员培训等方面，为核电厂的安全运营提供了有力技术保障。
国内多家核电研究机构，如中广核、上海核工程等单位，已经在研究和使用虚拟现实技术，对核电运营过程中的安全知识、业务流程、应急方案进行针对性的培训。实现了在计算机上进行更加逼真、直观及具有互动性的操作模拟及应急培训，在降低成本的同时也大大提高了培训和管理效率。
图1 核设施鸟瞰图但在实际的应用探索过程中，用户经常给我们提出如下反馈：
在纯虚拟的环境中，较难进行非常真实的、针对性较强的、系统性较高的培训及验证，较难进行虚实结合的多人协同人机操作。
针对以上实际应用问题，我们提出基于MakeReal3D软件平台的“核事故虚拟应急演练系统”解决方案。该系统利用半实物仿真技术，结合MakeReal3D软件平台，通过建立应急任务模型、设计数学模型和算法，对人机交互界面做出系统性的评价，提高人机交互效率和培训效果。
图2 硬件系统结构
核事故虚拟应急演练系统结合MakeReal3D软件及计算机、网络、工作站、控制台、显示器、控制机、数据采集器等硬件设备构成了系统主要框架以进行如下工作内容：
模拟出逼真的核工厂环境
开发完备的任务流设定系统
开发快速生成人机交互界面的功能模块
建立完善的数据采集、处理、分析和管理系统
搭建集虚拟仿真、虚拟实验、虚拟验证于一体的虚拟现实系统
建立较为完备的人机交互界面分析评价系统
找到切实可用的人机界面改进算法并实现
图3 虚实结合人机操作
主要实现如下目的：
1）核安全应急救援知识教学
基于核电站具有复杂性，高技术密集性和核安全的风险性，为保证核电站安全与经济的运行，电站都非常重视相关操作人员和管理人员的培训。建立完善的培训体系，形成员工终身培训制度是核电站的主要任务之一。
2) 核事故应急救援虚拟训练
在实验准备阶段，应该能设定事故应急救援任务，模拟出事故所在的设备，位置，事故类型等初识信息，产生接近现实的环境因素和应急场景，快速生成人机交互界面。
3) 核事故救援及抢险设备的半实物模拟
应该能够逼真地模拟出厂区内需要操作设备的功能，包括设备尺寸、外观、布局；显示对象的颜色、形状、行为等并与真实系统保持一致；正确识别用户的各种操作并作出正确响应。
4) 核事故应急救援数字化考核
实验结束以后，要对系统获得的数据进行分析评价。通过建立数学评价模型及参考其他评价准则库，可以建立多指标评价体系。
5) 多人协同人—机—环核事故应急演练
虚拟人的人体测量学参数能按照实际操作人员的人体测量学参数可调；虚拟仿真系统与外设装备实时对接，采集数据能实时地驱动操作部件以及虚拟人的肢体动作进行虚拟仿真，并进行人机工程学分析；仿真系统能够逼真地模拟出操作过程中的空间限制以及碰撞检测；系统内操作人员有多人共同完成某项任务，因此仿真系统还能支持多虚拟人实时协同交互。
图4 “核事故虚拟应急演练系统”软件结构
如上图所示，“核事故虚拟应急演练系统”按照功能可划分为项目管理系统、教学系统、训练系统、考核与评估系统、数据管理系统、通信处理系统六个子系统，每个子系统又由若干个功能模块做成。其中，MakeReal3D虚拟现实仿真平台是实现整个系统功能开发的基础。
图5 系统流程
图5所示位系统流程，系统中有三种角色：系统管理员、参训人员与训练分析人员。系统管理员不参与训练的具体操作，只负责项目管理；训练分析人员要进行人机交互界面生成、任务设定、数据管理、救援方案评价与优化等工作；参训人员是被测人员，主要负责执行具体的救援工作。
图6 核设施实物仿真
当前，相关虚拟现实仿真系统的发展呈现以下趋势：
1) 朝着规范化、通用化、系列化的方向发展；
2) 采用分布式交互仿真和高级体系结构，实现新装备，新预案的多功能任务模拟；
3) 采用虚拟现实仿真技术，搭建逼真的仿真平台；
4) 将越来越多地引入人工智能技术，使系统向着自动化、智能化的领域延伸。
北京朗迪锋科技有限公司希望能携手核电行业专业机构，发挥我们在虚拟现实仿真平台开发方面的优势，为虚拟现实技术在核电行业的深度应用做出自己的一份贡献。
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