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1、(10)申请公布号 CN 103544723 A (43)申请公布日 2014.01.29 CN 103544723 A (21)申请号 201310293416.2 (22)申请日 2013.07.12 G06T 13/20(2011.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 15/00(2011.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 辽宁省电力有限公司锦州供电公司 (72)发明人 李艳龙 张忠林 于铭凯 刚宏 邱鹏 (74)专利代理机构 锦州辽西专利事务所 21225 代理人 李辉 (54) 发明名称 带电作业技术。
2、培训配电线路部分 3D 教学课 片的制作方法 (57) 摘要 一种带电作业技术培训配电线路部分 3D 教 学课片的制作方法， 建立与带电作业相关的场景、 设备、 人物、 工器具、 管理文件素材模型， 建立管理 系统， 管理系统为模型素材库管理软件、 动态控制 引擎软件、 课片录制软件、 影视教学编辑软件、 3D 动画管理子系统， 窗口界面 GUI， GUI 界面生成工 具 ； 利用 3D 动画技术制作仿真动画课件， 应用 3D 动漫制作技术和物理引擎技术实现电力动漫素材 片的制作 , 通过编辑系统的音视频编辑手段， 将 电力系统的标准化作业、 安全技术培训等， 制作成 3D动画课片。 优点是 。
3、： 直观生动、 具有长远性和可 持续性， 教学效果好， 培训费用低。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 (10)申请公布号 CN 103544723 A CN 103544723 A 1/2 页 2 1. 带电作业技术培训配电线路部分 3D 教学课片的制作方法， 其特征是 ： (1)、 建立与带电作业相关的场景、 设备、 人物、 工器具、 管理文件素材模型 ； 1.1、 动画制作的工具 选择 3DMax 作为制作工具 ； 1.2、 动画场景选址 ： 该系统的主要场景， 一次变、 主。
4、控制室、 工器具库、 蓄电池室、 10KV 高压配电室、 低压交流室、 66KVLF6 高压配电室、 电抗器室 ； 1.3、 建模 建模处理包括场景建模和设备建模， 场景建模是针对以上标准场景， 给出包括主控室、 开关场、 大门、 周边环境等说明工作地点的背景环境进行建模 ； 设备建模是针对以上变电站， 主控室的各种设备进行建模处理 ； 设备建模以精模为 主 ； 在建模处理中通过三向图的技术手段将设备场景逼真细致的表现出来 ； 1.4、 动画动作设计 第一步， 首先通过手绘的方式将动作流程通过简单的素描手段表现出来 ； 第二步， 将手绘资料通过 3DMax 工具将动作过程生成未加渲染得动画动作。
5、原形 ； 第三步， 将动画动作模型进行评审， 如有问题， 加以修改， 最后， 将通过评审的动画原形 进行色彩渲染， 生成动画素材 ； 1.5、 最终表现 动画制作的最终表现形式为动画动作动作流畅、 色彩生动和特效真实， 表现逼真， 达到 真实生动地教学效果 ； (2)、 建立管理系统 2.1、 本管理系统由五个部分组成 ： 2.1a、 模型素材库管理软件， 对素材模型进行分类管理 ； 2.1b、 动态控制引擎软件， 采用动漫引擎方式实现对人物、 设备、 特效工具使用的动态 控制 ； 2.1c、 课片录制软件， 采用焦距调整、 人称定位、 场景漫游经摄影机进行视频录制 ； 2.1d、 影视教学编。
6、辑软件， 对课片视频剪辑、 视频合成、 板书添加、 配音合成、 特效等综 合过程进行教学影片制作 ； 2.1e、 3D 动画管理子系统， 该系统包含对文件内存、 图片、 课片的综合资源管理 ； 2.2、 窗口界面 GUI 2.2a、 要求 ： 色彩温和、 亲合力强、 格局合理、 字迹清楚、 操作简单 ； 2.2b、 分类 ： A主界面 ： 对项目的运行启动 ； B课件选择 ： 启动教学课程 ； C教学演示界面， 现实对教学内容视频的播放、 板书的播放、 配音的播放 ； （2.3） 、 GUI 界面生成工具 2.3a、 利用 luaangelscriptpython 类脚本铺设界面 ； 2.3b。
7、、 制作 GUI 设计器任意设计界面配合 XML 类界面定义文件 ； 权 利 要 求 书 CN 103544723 A 2 2/2 页 3 2.3c、 采用公类， 公共结构、 公共函数的方式减少代码量 ； (3)、 利用 3D 动画技术制作仿真动画课件 3.1、 应用 3D 动漫制作技术和物理引擎技术实现电力动漫素材片的制作 , 通过编辑系 统的音视频编辑手段， 将电力系统的标准化作业、 安全技术培训等， 制作成 3D 动画课片 ； 3.2、 建模的流程 ： 建模、 骨骼、 挷定、 蒙皮、 动作调整、 贴图、 渲染 ； 3.3、 模型质量 ： 真实精确地详细反映出设备的机械结构特点， 角色模型。
8、形象与型体感 强通过着装， 充分体现出电力员工的职业特点， 工器具模型应符合电力规程要求。 2.根据权利要求1所述的带电作业技术培训配电线路部分3D教学课片的制作方法， 其 特征是 ： 模型的种类包括场景类、 设备类 、 人物类 、 工具类 、 安全设施类、 机械类、 特效类 和其它。 3.根据权利要求1所述的带电作业技术培训配电线路部分3D教学课片的制作方法， 其 特征是 ： 所述场景类包括建立10KV隔离开关杆场景、 建立10KV分段杆场景、 建立10KV断路 器杆场景、 建立 10KV 熔断器杆场景和建立工器具室场景。 权 利 要 求 书 CN 103544723 A 3 1/6 页 4。
9、 带电作业技术培训配电线路部分 3D 教学课片的制作方法 技术领域 0001 本发明针对电力系统带电作业标准化作业、 技术培训、 安全教育等方面的专业需 要， 实现对生产管理人员、 作业人员进行技能培训， 以保证电网系统安全、 设备安全和人身 安全为目标， 通过3D可视化技术、 数据库技术、 网络技术、 3D模型制作技术， 具有 “3D动漫引 擎” 的带电作业技术培训配电线路部分 3D 教学课片的制作方法。 背景技术 0002 传统的带电作业技术培训教学方式枯燥、 单调， 不生动， 教学效果差， 不利于学员 掌握专业技能， 需要教学场地、 工器具和相关设备使用， 培训费用高。 发明内容 000。
10、3 本发明要解决现有技术存在的上述问题， 提供一种直观生动、 具有长远性和可持 续性， 教学效果好， 培训费用低的带电作业技术培训配电线路部分 3D 教学课片的制作方 法。 0004 本发明的技术解决方案是 ： 一、 建立与带电作业相关的场景、 设备、 人物、 工器具、 管理文件素材模型 ； 1、 动画制作的工具 选择 3DMax 作为制作工具 ； 2、 动画场景选址 ： 该系统的主要场景， 一次变、 主控制室、 工器具库、 蓄电池室、 10KV 高压配电室、 低压交流室、 66KVLF6 高压配电室、 电抗器室 ； 3、 建模 ： 建模处理包括场景建模和设备建模， 场景建模是针对以上标准场景。
11、， 给出包括主控室、 开关场、 大门、 周边环境等说明工作地点的背景环境进行建模 ； 设备建模是针对以上变电站， 主控室的各种设备进行建模处理 ； 设备建模以精模为 主 ； 在建模处理中通过三向图的技术手段将设备场景逼真细致的表现出来 ； 4、 动画动作设计 ： 每一步， 首先通过手绘的方式将动作流程通过简单的素描手段表现出来 ； 第二步， 将手绘资料通过 3DMax 工具将动作过程生成未加渲染得动画动作原形 ； 第三步， 将动画动作模型进行评审， 如有问题， 加以修改， 最后， 将通过评审的动画原形 进行色彩渲染， 生成动画素材 ； 5、 最终表现 ： 动画制作的最终表现形式为动画动作动作流。
12、畅、 色彩生动和特效真实， 表现逼真， 达到 真实生动地教学效果 ； 二、 建立管理系统 说 明 书 CN 103544723 A 4 2/6 页 5 本管理系统由五个部分组成 ： 1） 模型素材库管理软件， 对素材模型进行分类管理 ； 2） 动态控制引擎软件， 采用动漫引擎方式实现对人物、 设备、 特效工具使用的动态控 制 ； 3） 课片录制软件， 采用焦距调整、 人称定位、 场景漫游经摄影机进行视频录制 ； 4） 影视教学编辑软件， 对课片视频剪辑、 视频合成、 板书添加、 配音合成、 特效等综合过 程进行教学影片制作 ； 5） 3D 动画管理子系统， 该系统包含对文件内存、 图片、 课片。
13、的综合资源管理。 0005 2、 窗口界面 GUI 1） 要求 ： 色彩温和、 亲合力强、 格局合理、 字迹清楚、 操作简单 ； 2） 分类 ： a 主界面 ： 对项目的运行启动 ； b 课件选择 ： 启动教学课程 ； c 教学演示界面， 现实对教学内容视频的播放、 板书的播放、 配音的播放 ； 3） GUI 界面生成工具 a、 利用 luaangelscriptpython 类脚本铺设界面 ； b、 制作 GUI 设计器任意设计界面配合 XML 类界面定义文件 ； c、 采用公类， 公共结构、 公共函数的方式减少代码量 ； 三、 利用 3D 动画技术制作仿真动画课件 应用 3D 动漫制作技术。
14、和物理引擎技术实现电力动漫素材片的制作 , 通过编辑系统的 音视频编辑手段， 将电力系统的标准化作业、 安全技术培训等， 制作成 3D 动画课片。 0006 建模的流程 ： 建模、 骨骼、 挷定、 蒙皮、 动作调整、 贴图、 渲染。 0007 2） 模型质量 ： 真实精确地详细反映出设备的机械结构特点， 角色模型形象与型体感强通过着装， 充分体现出电力员工的职业特点， 工器具模型应 符合电力规程要求。 0008 模型的种类包括场景类、 设备类 、 人物类 、 工具类 、 安全设施类、 机械类、 特效类 和其它。 0009 所述场景类包括建立 10KV 隔离开关杆场景、 建立 10KV 分段杆场。
15、景、 建立 10KV 断 路器杆场景、 建立 10KV 熔断器杆场景和建立工器具室场景。 0010 本发明严格按照 国家电网公司带电作业操作法 配电线路部分及国家电网公司 电力安全工作规程 （线路部分） 所要求的各项规定， 通过建立与带电作业相关的场景、 设 备、 人物、 工器具、 管理文件素材模型和管理系统， 利用 3D 动画技术制作仿真动画课件， 其有益效果如下 ： 1、 开创了国内 3D 影视制作技术在电力安全生产培训中的应用， 为电力系统带电作业 安全生产培训建立一个 3D 培训平台， 符合实际需求， 能够保证项目系统稳定运行。 0011 2、 建立比较真实的带电作业设备模型储备库 （。
16、根据需要定制） 为今后课件制作奠 定良好基础， 采用物理引擎实现对设备、 人物、 工具等的动态控制， 为用户建立亲和而简捷 的 Windows2000XP 全中文操作界面实现课片培训功能， 用直观生动的表现方式对电力生 产人员进行技能培训。 说 明 书 CN 103544723 A 5 3/6 页 6 0012 3、 具有长远性和可持续性， 3D 教学课片的使用期是无限的， 应用过程中无费用支 出， 如 ： 教学场地相关费用， 工器具使用相关费用， 设备使用相关费用等等， 大大节省培训开 支。 0013 4、 操作界面格局合理， 字迹清楚， 友好性较强 ； 课件选择功能全面， 随意性强方法 灵。
17、活 ； 人物调动灵活， 动作准确， 与设备动作配合正确， 符合电力规程要求。 具体实施方式 0014 一、 建立与带电作业相关的场景、 设备、 人物、 工器具、 管理文件素材模型 ； 1、 动画制作的工具 ： 在动画制作工具的选择上选择 3DMax 作为制作工具。其工具功能强大、 开放性好。集 建立模型、 材质设置、 摄影灯光、 场景设计、 动画制作、 影片剪辑为一体的特点， 为生产优质 的动画作品打下了基础。 0015 2、 动画场景选址 ： 该系统的主要场景， 一次变、 主控制室、 工器具库、 蓄电池室、 10KV 高压配电室、 低压交流室、 66KVLF6 高压配电室、 电抗器室。 00。
18、16 3、 建模 ： 建模处理包括场景建模和设备建模两个方面。 场景建模是指， 针对以上标准场景， 给出 包括主控室、 开关场、 大门、 周边环境等说明工作地点的背景环境进行建模。设备建模是指 针对以上变电站， 主控室的各种设备进行建模处理。设备建模是本系统的关键。电力标准 化操作过程中， 由于操作而触发的结果也是在设备上表现出来的。所以只有将设备建模工 作， 做细致， 做逼真才能满足表现电力操作的业务要求， 因此设备建模以精模为主。 0017 在建模处理中将通过三向图的技术手段将设备场景逼真细致的表现出来。 三向图 技术从三个角度诠释真实设备的各个细节。通过该技术的应用， 实现刻画设备逼真生。
19、动的 业务目标。 0018 模型设计如下 ： 1） 模型制作基本流程 ： 建模、 骨骼、 挷定、 蒙皮、 动作调整、 贴图、 渲染。 0019 2） 模型质量 ： 真实精确， 能够详细反映出设备的机械结构特点， 角色模型形象与型体感强通过着装， 充分体现出电力员工的职业特点， 工器具模型应 符合电力规程要求。 0020 3） 模型分类 模型类型包括场景类、 设备类 、 人物类 、 工具类 、 安全设施类、 机械类、 特效类和其 它。 0021 场景类包括建立 10KV 隔离开关杆场景、 建立 10KV 分段杆场景、 建立 10KV 断路器 杆场景、 建立 10KV 熔断器杆场景和建立工器具室场。
20、景。 0022 4、 动画动作设计 ： 动画的表现方式， 其优势在于用动态的图像形式表现动作。动作表现是动画水平的主 要体现。为了完整细致的刻画操作过程中的每一个细节。我们在动画动作的设计方面投入 了大量的精力。 0023 在电力系统中每一步操作都是有严格的工作规范和操作规程限制， 所以为了保证 说 明 书 CN 103544723 A 6 4/6 页 7 产品质量， 我们按三个步骤完成动作设计。 0024 第一步， 首先请电力专家和我们的设计人员通过手绘的方式将动作流程通过简单 的素描手段表现出来。 0025 第二步， 设计人员将手绘资料通过 3DMax 工具将动作过程生成未加渲染得动画动 。
21、作原形。此时， 模型已经可以充分表现动作流程。 0026 第三步， 将动画动作模型交由电力专家评审。如有问题， 加以修改。最后， 将通过 评审的动画原形进行色彩渲染， 生成动画素材。通过这样的严格要求保证动画动作严格按 照电力系统操作规范和操作流程进行播放。 0027 非规范操作动画的设计要求是充分表现不按照标准化操作过程， 准确还原现场的 真实情况。 0028 5、 最终表现 ： 动画制作的最终表现形式是指动画动作、 色彩表现力和动作表现力是否逼真。达到真 实生动地教学效果。在此我们提出三项技术指标 ： 动作流畅、 色彩生动、 特效真实。 0029 动作流畅是指动画当中人物和设备动作， 在运。
22、动过程中， 符合实际的动作规律。 视 觉感觉自然流畅。 0030 色彩生动是指动画中各设备人物模型的渲染， 达到生动逼真的效果。使观众感觉 自然， 细腻。更容易投入到动画情节当中去。 0031 二、 软件系统组成 1、 本系统是由五个部分组成 ： 1） 模型素材库管理软件， 对素材模型进行分类管理、 2） 动态控制引擎软件， 采用动漫引擎方式实现对人物、 设备、 特效工具使用的动态控 制。 0032 3） 课片录制软件， 采用焦距调整、 人称定位、 场景漫游经摄影机进行视频录制。 0033 4） 影视教学编辑软件， 对课片视频剪辑、 视频合成、 板书添加、 配音合成、 特效等综 合过程进行教学。
23、影片制作。 0034 5） 3D 动画管理子系统 ： 该系统包含对文件内存、 图片、 课片的综合资源管理。 0035 2、 窗口界面 GUI 1） 要求 ： 色彩温和、 亲合力强、 格局合理、 字迹清楚、 操作简单。 0036 2） 分类 ： a 主界面 ： 对项目的运行启动。 0037 b 课件选择 ： 启动教学课程 c 教学演示界面， 现实对教学内容视频的播放、 板书的播放、 配音的播放。 0038 3） GUI 界面生成工具 a、 利用 luaangelscriptpython 类脚本铺设界面。 0039 b、 制作 GUI 设计器任意设计界面配合 XML 类界面定义文件。 0040 c。
24、、 采用公类， 公共结构、 公共函数的方式减少代码量。 0041 3、 程序源代码 1） 文件格式 场景文件及 3D 模型文件全部为二进制格式 （ini 或 XML） ， 说 明 书 CN 103544723 A 7 5/6 页 8 视频文件采用 RMVB 格式 2） 编写语言 采用 C 语言编写 3） 加戴速度 a、 编写程序源代码应保证 MYForm 的 lnit 函数要尽量精简以免影响加戴速度。 0042 b、 避免使用不合适的数据结构而影响加戴速度。 0043 c、 采用循环调用根据需要来读取避免数据库的增容。 0044 5) 代码测试 a、 使用自动测试框架对程序代码进行测试。 00。
25、45 b、 通过 SetGet 进行批量测试。 0046 c、 按照遂文件的方式对不正确 delete 的内存进行清除。 0047 d、 对每个 LoadMesh Loodxxxxx 类的函数都必须进行检查。 0048 三、 利用 3D 动画技术制作仿真动画课件 应用 3D 动漫制作技术和物理引擎技术实现电力动漫素材片的制作 , 通过编辑系统的 音视频编辑手段， 将电力系统的标准化作业、 安全技术培训等， 制作成 3D 动画课片。 0049 、 控制录制系统的技术特点 1） 、 技术综述 : 整套软件里应用的是 DirectX 技术， DirectX 是美国微软公司开发的一种应用程序接 口 （。
26、API） ， 它可让以windows为平台的多媒体程序获得更高的执行效率， 加强3D图形和声音 效果， 并提供设计人员一个共同的硬件驱动标准， 它对发展 Windows 平台下的多媒体应用 程序起到了关键的作用。 0050 2） 、 3D 部分技术特点 此次技术开发里所应用到了 Direct Graphics(Direct 3D+Direct Draw)、 Direct Input、 Direct Play、 Direct Sound、 Direct Show 等技术 Microsoft DirectDraw ： Microsoft DirectDraw API 支持快速访问计算机视频适配器的。
27、加速硬件功能。它支持在 所有视频适配器上显示图形的标准方法， 并且使用加速驱动程序时可以更快更直接地访 问。 DirectDraw 为程序以及 Windows 系统组件提供了一种独立于设备之外的方法来访问 特定显示设备的功能， 而不要求用户提供设备功能的其它信息。 0051 Microsoft Direct3D ： Microsoft Direct3D API (Direct3D) 为大多数新视频适 配器内置了3-D 调色功能提供界面。 Direct3D 是一种低级的 3-D API， 它为软件程序提供 一种独立于设备之外的方法以便与加速器硬件进行有效而强大的通信。Direct3D 包含专 用。
28、 CPU 指令集支持， 从而可为新型计算机提供进一步加速支持。 0052 Microsoft DirectSound ： Microsoft DirectSound API 为程序和音频适配器的 混音、 声音播放和声音捕获功能之间提供了链接。DirectSound 为多媒体软件程序提供低 延迟混合、 硬件加速以及直接访问声音设备等功能。维护与现有设备驱动程序的兼容性时 提供该功能。 0053 Microsoft DirectInput ： Microsoft DirectInput API 为游戏提供高级输入功 能并能包括鼠标、 键盘和强力反馈游戏控制器在内的其它相关设备的输入。 0054 3。
29、） 、 程序部分技术特点 说 明 书 CN 103544723 A 8 6/6 页 9 使用当今纯熟的 C+ 技术并结合 OOP（面向对象） 思想贯通整个课件设计， 在这里应用 了公司开发的物理引擎， 使整个课件的 UI（图形界面） 设计如鱼得水， 应用起来得心应手。 0055 、 编辑系统的技术特点 1） 、 技术综述 该编辑系统其技术点是多媒体编辑和自定义控件的组合使用。通过自定义控件的 UI 控制进行人机交互， 实现多媒体素材的编辑组合。 0056 系统开发采用微软出品的Visual Studio 2005进行开发。 程序构架建立在Dotnet Framework 2.0 的基础之上。由。
30、此为本系统提供了稳定的运行平台基础。并为系统升级保 障。鉴于 Dotnet Framework 2.0 技术的跨平台优势， 后续的系统二次开发将建立在相当宽 阔的技术领域， 成就了稳定灵活系统地基。 0057 2） 图像技术方面 在图像技术方面系统主要采用了 DirectX 为基础， 结合其他图像处理方法作为图像处 理引擎。 在图像处理方面， 包括视频素材的编辑技术、 视频图像抓取技术、 视频播放、 视频组 合、 视频图像的文字和图片处理、 图片的编辑技术 3） 图片与视频的合成技术， 包括图片的文字及图片间的合成技术。 0058 4） 特殊效果的编辑技术 包括静止字幕、 文字合成图片技术、 图片视频合成技术、 文字的横向排版技术、 多线程 播放技术、 滚动字幕、 文字合成图片技术、 滚动计算、 打字效果、 计时绘制技术、 时间的上行 （下行） 以及视频、 图片和特效图像组合技术。 0059 5） 声音技术方面 在音频的处理方面， 采用声音编辑模块， 模块主要针对 Wav 格式的音频数据进行编辑， 编辑模块对音频采样率、 波特率、 声道的相关技术参数进行的转换和计算， 实现音频编辑， 包括音频播放、 音频的延时编辑技术、 音频的串联组合技术、 音频的混音技术。 说 明 书 CN 103544723 A 9 。