模拟演练与培训系统方案

1、模拟演练与3DW训系统方案煤科集团沈阳研究院有限公司2014/2/28、模拟演练技术资料DMX-135筋真模拟与演练评价系统说明1. 系统型号DMX-135 A通道长度多功能模拟训练系统2. 系统简介“ 3D-VFRM矿事故仿真和安全培训演练系统”是我院与澳大利亚新南威尔 士大学合作开发的一套应用于煤矿安全培训的大型沉浸式仿真演练 系统。我院通过借助UNSVWf南威尔士大学）的世界领先技术及软硬件 平台，开发出符合我国国情的煤矿安全培训模块。 本系统可由危险识 别、灾害模拟、白救逃生、救护救援等多个安全培训模块组成，本系统模块是按照国家煤矿安全规程和新编煤矿安全技术培训教材编制而成。采用虚拟现

2、实（VFR技术、360度环屏投影播放技术、12.1 环绕立体声技术、3D电影技术、计算机网络协同处理技术为煤矿工人 安全和技能培训提供一流的“沉浸式”培训环境，将安全培训装备 和质量提升到一个崭新的水平。'j 煤矿岗位工种仿真动漫培训系统通过使用本系统，创建一个逼真的虚拟现实世界，使学员在体验各种真实场景同时，学习各模块相关操作知识，认识灾害的发生、发 展过程及危害，并通过问答式的交互学习，快速掌握每个模块的操作 步骤及要点。从而提高矿工的整体技术水平、思想素质、及各种突发 状况的应对能力，从而使煤矿整体操作能力及防范意识得到提高， 真 正进入规范化管理阶段，降低各种事故发生的概率DM

3、X-135澎功能模拟训练系统通道总长135米，分三层，旨在通 过仿真救灾现场的严峻条件，人为设置测试科目，使训练人员背负呼 吸器，在黑暗、噪音、浓烟、高温的模拟条件下，按照预先设定的工 作程序，完成正确穿越各种障碍，并按规定动作完成抢险、伤员营救 等工作。它可以测量出训练人员最大身体承受能力和心理承受能力， 评定受训人员能否正确使用呼吸器及抢险救援任务等的完成情况。使用该训练系统对救护队员进行经常性的训练，可以增加各种救 援装备的使用经验，提高在各种复杂环境下的抢险救援能力， 增强救 护队员的身体素质及心理素质，从而使受训人员在抢险救援的实战过 程中提高其在突发事故时的作战能力、应变能力和心理

4、承受能力，最 终达到保护白身安全，顺利完成抢险救援任务的目的。3. 技术指标3. 1环境条件环境温度：040C;相对湿度：40吮70%温度变化率：小于10C/h ,且不得结露；大气压力：80106kPa;3. 2供电电源额定电压：380V,允许偏差士 10%谐波：不大于5%频率：50Hz,允许偏差士 5%3. 3系统组成系统由以下部分组成金属栅网训练主体模拟训练SCADA统。步进跟踪子系统。烟热模拟子系统。视像监控子系统。声光控制子系统。体能测试子系统。急救训练子系统O体征遥测及毒气侦检子系统。控制及显示子系统3.4系统构成特点3.4.1. 多功能模拟训练系统构成一个SCADA统，由主站和远程

5、终端 组成。主要优势：由多个分散独立的子系统集合成一个大系统。3.4.2. 烟雾系统、环境升温系统、背景光源系统、步进跟踪系统、电力开关模拟、气体泄漏模拟等现场设备通过 485总线与现场控制 终端连接。主要优势： 485通讯方式适合工业现场环境，可减少布线，提高系统可靠性。3.4.3. 所有现场设备全部通过计算机实现全白动控制。设备控制分为两级，第一级控制：通过现场控制终端触摸屏。第二级控制：通过中控主机。主要优势:所有设备参数集中显示、运算、控制、管理。3.4.4 .步进跟踪子系统特点1).采用平面天线感应 传感器进行人员定位。主要优势：米用非接触检测。不受环境温度、湿度、噪声、光线等影响。

6、适合恶劣环境下工 作。抗干扰能力强，性能稳定可靠。完全克服了 “地板压力传感器” 或“地板柔性传感器”的可靠性低、使用寿命短等致命缺陷 。2).步进跟踪轨迹与训练视频同屏显示。 使训练过程更直观，更具有 可观赏性。各系统详细配置表：3.5系统功能及技术参数3.5.1金属栅网通道金属栅网通道为模块式金属制造的坚固笼体组成的复杂通道，通道总长135米，分三层，按照国家应急救援中心标准模拟巷道高度设 计，底层层高1米、二层高2.0m、三层高2.0米，出入口共四个均设在 底层。根据空间条件及用户的不同要求可作调整、 变换和功能的扩展。 笼体由结构钢组成框架，笼体四周由边网封闭，在三层的通道中，设 置有

7、各种人为路障增加训练难度。框架上和转角处设置方位指示灯，用于引导训练人员辨明前进方 向。金属通道所有边网都可快速拆卸，用于训练人员在出现意外情况 时救护使用。在通道出口附近设有电磁活动门， 通过调整活动门的位 置，可变化出不同的线路。a )通道总长：135mb ）障碍设置“软梯”、“滑竿”、“爬绳”、“竖井”贯穿一至三层“爬梯”和 “长斜梯”贯穿二至三层“短斜梯”贯穿一至二层“巷道”设置在三层，总长4米，包括斜巷和平巷“独木桥”设置在三层，总长4米“圆筒”设置在底层，内径600mm总长4米“傩隔断”、“ V形隔断”、“菱形隔断”、“模拟塌方”、“电子陷阱”等障碍分布于一至三层。管路堵漏模拟装置

8、、破拆模拟装置（包括钢筋、板材的破拆）、电力故障模拟装置等路障。二c ）电磁门参数：供电电源：直流12V锁紧力： 280Kg3.5.2模拟训练SCADA统DMX-135A多功能模拟训练系统系统构成一个SCADA）系统，全名为(Supervisory Control and Data Acquisition 数据采集与监视控制系统。由主站和远程终端（ RTU组成。主要 由步进跟踪子系统、烟热模拟子系统、视像监控子系统、声光模 拟子系统、体能测试子系统、医疗急救子系统、体征遥测及毒气 侦检子系统、控制及显示子系统构成。3.5.2.1步进跟踪子系统在训练过程中，指挥员及观摩者需要实时监测训练人员的工

9、作状 态，或当训练人员出现异常时，需要紧急采取救援措施。在行进线路 上安装了带感应传感器，只要有人经过，即可在控制台上显示出训练 者所在的位置。这样即使训练中漆黑一片或充满烟雾，监控人员仍能 掌握受训人员所处位置。感应传感器产生的电信号通过远程I/O模块进行数据采集，通过 RS48舸络传送到中控计算机，由专用监控软件完成显示、记录、分 析、对比等功能。a）实现对输入端135个感应传感器的开关量检测。b）步进跟踪软件功能实现与可编程I/O模块双向通讯。步进跟踪过程的显示记录；训练人员信息录入：编号，姓名、年龄、部门、装备等；显示训练人员的视频图像；显示训练人员的体征参数；线路的新建和修改；选择训

10、练线路、装备、启动/停止训练过程、对训练结果评分；参数设置，包括：每条线路的及格和满分时间，每次犯规扣分分值、携带装备的难度系数、体征参数的权重系数。训练成绩的历史记录查询、统计、报表打印。能够同时对多名训练人员进行综合评分。步进跟踪软件主界面训练人员犯规记录卜w训练线路编辑*T 0M '地暂11口口 1慎H=.+Q 日1* *1ng携*无OOJrflTV7IUii<«MIt-14«Tl£i1"工" KMW*. _ 二 M « 一 丁 AHW年Ml*AM.世 «A«W4人员管理*>»I

11、_*1 u * |1 1 H .1，lIT：占刘-一Wt _EL <±R> * >,井衅K厦麟惜正*5JK1«可何埴；riK)用mi i自*»顿呻g 1自Es3邮-si曾.Q Jmx eq 2 OOsI3 8su藉*圳3QH_JiL4*£tk9i4M 4a.TB4UM由伯分趴W.DO»&£h：g| imv %OKUp|时件岫T as»伊/M虬生Q44,上承黑:W. JKKH噂UE崖浮"M尊Itt JEJRM 3PUBI新闩:齿单|町uw0«g.，辑昌 24 DQ5*3-宜1间|1

12、4町|同遍fQiEs93；曰身£*4卜«*If我淋fi参数设定3.5.2.2 烟热模拟子系统烟热模拟子系统的主要功能是实现主训练室烟、热、状态显示、设备控制。该系统以工业触摸屏作为人机界面，用远程I/O模块作为RTU并将所有现场监控信号通过RS48虑线传给中控主机。a) 发烟装置参数发热管功率:3000W最大喷射距离：20m烟雾量：400m3/minb) 热风机参数电源电压：380V风量：800m3/h功率：12000W出口风速：5m/s温度范围：50200 C3.5.2.3视像监控子系统视像监控系统由训练系统内设置的多个视像监控点组成，保证监控区域无死角和实现完全黑暗情况

13、下的监控。包括红外摄像机，热成像摄像机以及与之相配套的云台、云台解码器。摄像机不仅在正常光照下可以使用，还可在黑暗、浓烟和高温环境下监控训练活动。硬盘 录像机可将整个训练过程录制下来， 并可在监视器上回放。音视频信 号能通过局域网或因特网传到远程计算机上。a)红外云台摄像机参数电源电压：12V士 5%分辨率：420TVL信噪比： 52dB白平衡方式：白动CC面件：Sony1/3英寸伽马校正：0.45同步方式：内同步b）热成像云台摄像机参数分辨率：320 X 240波长范围：813诉m热灵敏度（NETD） : 0.085 C帧频：7.5Hz启动时间： 7秒功率：6W工作电压：1432V DCc）

14、云台解码器参数电源电压：220VA& 10%云台驱动电压：24VAQ 10%输出功率：15W工作温度：-20 C70 Cd）硬盘录像机参数视频采集输入：16路音频采集输入：16路与视频同步 采集帧数：24帧/秒n 螂 0:A OGOO沈阳研究院绷眦堪挪瞬线叩。的615:36:54岫I tjttfrk七板船:杆：*i妙5何，'UH博上.I皿理银昕也帝3.5.2.4声光模拟子系统声光模拟子系统是为了渲染火灾现场的模拟效果，通过设备中配置的功率放大器和音箱，将预先录制的现场背景噪音通过电脑软件播 放出来，强化训练室的拟音效果。通过各种灯源及声光控制软件预先 设定的程序，形成明暗变幻、

15、帽彩斑斓光效，以强化训练室的实战效 果。在训练过程中，为了实现监控室内指挥员与主训练室受训人员对 话，在主训室和中控室内分别设置麦克风和对讲首箱。指挥员可以向各有关位置发布命令。a）功率放大器参数电源输入：AC220V50HZ输出功率：1200W输出频率：2020000Hz信噪比：85dBb）大功率音箱参数扬声器直径：15灵敏度：97dBW/m频率响应：4020000Hzc）壁挂对讲音箱参数工作电压70/100V额定功率30W20kHz最大声压级104± 2dB有效频率范围75Hz -d）闪灯参数电源：220V/50HZ功率：1500W< 2<灯管寿命：> 100万

16、次e）彩灯参数功率:300-500W色温:3000Kf）方位指示灯参数电源电压：DC 12V发光元件：LED巨阵工作温度：-20 C70 C3.5.2.5控制及显示子系统基本配置：大屏幕子系统主要由12个12”监视器、4个46”大屏幕监视器构成 电视墙。在大屏幕上可显示现场视频信号及中控室内各计算机显示画面。系统设备监控分为本地方式和远程方式。在主训室安装两个机柜, 所有现场设备都与电气柜和控制柜连接。 通过机柜上的触摸屏可显示 设备运行状态、手动控制设备起停、运行白动控制程序。现场触摸屏3.5.2.6体能测试子系统体能测试子系统（含电动跑步机、动感单车、椭圆机、健身车、 磁控踏步机和十站位综

17、合训练器），为系统训练人员提供体能训练及 测试设备，并对测试结果进行评价3.5.2.7 急救训练子系统a） MZS-30白动苏生器氧气瓶额定工作压力20MPa氧气瓶容积1L自动肺调整范围1226L/min吸痰引射压力值< -60kPa420 X 330 X 160 mm白动呼吸供气量> 15L/min外形尺寸质量8 kgb) AJ1白动苏生器校验仪-1.27kPa 2.94kPa,正压力测定范围：1.47kPa3.43kPa,负压力测定范围：引射压力值范围：-101.29kPa ,流量测定范围:2.6626.6L/min ,仪器质量< 7.5kg ,尺寸(mm 270X 26

18、0X 420c) 模拟人高低电平应符合：00.15V、14.8V人工口吹气持续时间1秒人工口吹潮气量：7001000ml匕人工胸外按深度：4050mm单双人吹气、按压比值：30:2单双人循环周期：5个周期/2min颈动脉搏动次数：60次/min白动肺呼吸频率：1416次/min气管插管有声音提示、吸痰声音提示3.5.2.8体征遥测及毒气侦检子系统 TE-4000对征遥测系统由一台主机和8台随身机组成，可同时监测8个受训人员。主机可 实时显示手持监护仪采集的生理参数、 波形和手持机电量状态。随身 机体积小巧，易于携带。a）体征遥测主机电源：220V士 22V, 50/60HZ 士 1Hz监测人数

19、：8人显示分辩率：1024 X 768显示波形：ECG SPO2 RESP波形显示颜色：任选数据显示：心率、血氧饱和度、血压、呼吸率、体温血压显示范围：0mmHg 270mmHg血压测量精度：士 3mmHg呼吸显示范围：2次/分100次/分呼吸测量精度：士 2次/分脉搏显示范围：0次/分254次/分脉搏测量精度：士 2次/分体温显示范围：0C50 C体温测量精度：士 0.2 C心电ECGI联：I、n、m心电扫描速度：25mm/s 50mm/s心电采样率：100S/S心电带宽：0.575Hz(3dB)共模抑制比：80dBSPO星示范围：0%99%SPO星示分辩率：1%SPO测量精度：±

20、3%b)随身机技术参数：电源：DC 6V电池规格:4节AAfe池连续工作时间：12小时'f显示尺寸：50 x 16mm显示分辩率：128x 32mm显示波形：ECG SPO2 RESPT选数据显示：心率、血氧饱和度、血压、呼吸率、体温模拟灾害环境参数侦检系统模拟灾害环境监测系统由系统软件、 模拟灾害环境参数发生器和 若干个模拟灾害环境多参数测试仪组成。系统采用无线发射与接收模 式，系统软件可人工或随机生成模拟环境参数，通过发射器采用无线方式发射出去，信号可覆盖200m勺范围。测试仪体积小巧，易于携带, 抗干扰能力强，持续工作时间不少于8小时，可同时接收5种模拟气体 浓度参数并在液晶屏上

21、显示，记录数据可断电保持。系统组成：P能机、2个发射器、8个手持测试仪通信方式：无线发送接收 发射器发射距离：200m发射器接口方式：US防式与主机相连发射器发射功率： 10mW测试仪接受灵敏度： -105dbm测试仪重量：250g测试仪分辨率：128 X 64测试仪存储量：10组模拟参数模拟参数：一氧化碳01000ppm 二氧化碳05%氧气030%甲烷04%硫化氢0 100ppm二、三维虚拟仿真培训中心建设方案一、引言三维虚拟仿真培训中心培训理念：引入先进的教学手段和方法，以学员为主体，教师为主导，质量 为根本，技能培养为核心，注重基础知识，实践技能和基本素质的培 养。三维虚拟仿真培训中心建

22、设思路：三维虚拟仿真培训中心建设的总体思路是从煤矿与安全行业的 技术特点和人才需求出发，以加强基础、注重素质、培养能力、激励 创新的目标，大力推进实践教学培训体系；强化培训方法和手段的改 革与创新。三维虚拟仿真培训中心建设目标：紧密的结合矿井生产实际，不断探索和建设具有行业特色的实践教学培训体系，树立科学合理的培训方法和教学模式， 完善各种考评 体系，建设高素质安全、技能培训梯队，切实的提高矿工的实践能力 和安全意识。二、建设方案2.1三维虚拟仿真培训中心建设概述2.1.1虚拟现实的概念及三维虚拟仿真培训中心煤矿三维虚拟仿真培训是基于虚拟现实技术的应用。虚拟现实即 借助计算机技术及最新研制的传

23、感装置所创建的一种崭新的模拟环 境。也称灵境技术或人工环境。这种虚拟仿真的环境是通过计算机图 形构成的三维数字模型，并编制到系统中生成一个以视觉感受为主， 也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境， 可以直接观察模拟环境 及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，它是人们通过计算 机对多维信息进行可视化体验与交互的一种全新方式。虚拟现实应用于矿山的安全培训，其基本的思路是在统一的时空 框架下，对真实矿山及相关现象的统一理解、表达与可视化再现。数 字矿山的核心是在统一的时间参照与空间框架下，科学有序地组织、 管理、维护和通过三维可视化表达等多种手段获取多维的矿山信息， 并建立网络分布式共享、协同

24、与利用机制，形成灵活便捷的数字方法 和更白然的思维方式。三维虚拟仿真培训中心的基础应用：即利用可视化虚拟现实技术 沉浸性、交互性和构想性的特点，结合专业学科知识，集成数字多媒 体、三维数字仿真模型等辅助教学手段和课件资源，创建体验式情景 培训的新内容和新模式。其直观易懂，形象生动的认知特点符合职教 培训的基本思路。同时为数字矿山各专业发展方向的科研及项目建设奠定相应的基础。三维虚拟仿真培训中心的高级应用及功能扩展： 三维虚拟仿真培 训中心除了作为采矿及安全工程的专业培训和研究平台（中心），开 展体验类培训教学和项目/成果展示以外。可深入研究的内容包括： 研究现实矿井向数字世界的影射，包括研究数

25、字矿山和虚拟矿井的几 何模型、物理模型、行为模型的有关理论和方法；虚拟矿井中多源多 维海量信息的有效处理方法；应急救援、逃生避灾演练及辅助决策应 用等。三维虚拟仿真培训中心的核心是以软件方式构建全新的教学培 训平台。它比之矿区培训中心传统的教具模式 具有利用率高，承训量 大；易维护，内容建设升级周期短且成本较低 等优点。2.1.2三维虚拟仿真培训中心功能价值结合对三维虚拟仿真培训中心及平台的功能要求 /设计，例举一 二论述其仿真实践培训的价值。“ 采用虚拟现实技术所构建的可视化仿真煤矿，首先基于现实的 精确数据建立三维模型，严格遵循工程设计（CAD标准和要求创建 高度逼真的三维场景，对具体煤矿

26、（地表和井下）进行仿真“再现”。 采用计算机三维图形实时渲染技术，让学生如“身临其境”，以交互 式的方式实现互动教学，充分体现直观性、参与性的特点。煤矿被“搬” 到了计算机中，这一全新的数字方法带来的是更直观的信息视野和更 白然的思维方式。平台与专业知识的结合，符合实验教学改革的思路和要求。系统特性：(1)仿真再现 将矿井还原再现到电脑上，矿井形于指掌间。真实的工业广场、洗煤车间、井下巷道、机电桐室、采 /掘工作面应有尽有。(图为仿真再现的三维数字化地面生产系统)(2)生动直观系统采用全三维数字模型表达对象，简化了学生 对复杂矿井系统的理解和认知。无需想象，直观显现。（3）人机交互式视口与操作

27、互动，所见即所得，所得及所见。检索灵动，导航白由，实现了交互（虚拟仿真的场景和对象可通过输出设备，比如鼠标键盘、操作手柄、 及多点触摸屏与操作演示者实现人机互动。通过旋转、缩放、平移、定位等交互式操作实现对场景对象灵活得全视角观摩和演示。）2.1.3三维虚拟仿真培训中心培训形式的优点1 ）人机交互，视窗与操作互动，以融入与体验的方式获得专业 技能和安全知识。2 ）提供认知的信息更丰富，比书本（讲义）生动且与生产实际 紧密结合。3 ）在软件中上设计教学内容，以全新的教案形式表达专业知识的难点，直观易憧，寓教于乐。其周度的临场感和参与性是该虚拟仿 真培训系统的一大特点。4）作为模拟危险性场所（高瓦

28、斯突出矿井）实习认知新方式，具有实践安全性高、教学低成本的优点。在仿真再现的基础上，探究对煤矿潜在信息数据的挖掘与直观表 达。由表及里，最大限度地让学员了解矿山规划、生产经营及安全监 测管理的全过程。如：对井下通风、运输、排水、防尘、压风、紧急 避险、抽放瓦斯管路系统、井下避灾路线实现三维立体绘制和动态演 示等。矿床三维空间分布与采区设计及成矿历史演变仿真演示；安全事故案例及应急预案仿真分析等。在矿井仿真平台的基础上，结合专 业特点，进一步地设计和制作仿真教学课件， 扩展和丰富教学资源及 实验内容。这种以新技术为支撑的专业应用，对提高教学质量和实验 水平具有积极的意义。因此，三维虚拟仿真培训中

29、心也作为体验类培 训教学辅助工具研发设计的基地（中心），为开创具有行业特色的培 训资源建设和培训模式革新提供支持。2.1.4系统的应用定位一一三维虚拟仿真培训中心总体规划三维虚拟仿真培训中心是以一系列三维虚拟仿真软硬件系统为 主要装备，针对以虚拟现实技术为基础的复杂人-机-环境交互系 统进行模拟、仿真、测评和研发，立足于构建各种人机界面进行近似 真实虚拟体验教学与培训。通过视觉的感官体验来加深对专业知识的 学习和对复杂系统的感知。三维虚拟仿真培训中心也将作为数字矿山专题培训和一系列研究类专题的重要部分和辅助平台，培养教员运用 新方法解释复杂问题的思路和基本能力，特别是白己动手进行研究类 培训专

30、题的设计、运行、总结和提高。同时三维虚拟仿真培训中心还 可作为其他专业方向教学研发中心和实验平台， 开展体验类教学培训 课题成果展示。通过一定时期的发展面向行业企业或兄弟矿井提供专 业服务。2.2系统应用及三维虚拟仿真培训中心的构建（要素）系统应用及三维虚拟仿真培训中心建设以显示硬件为基础，平台 软件与二次开发应用为核心。因此这部分建设内容包括软硬件两个部 分。软件平台及课件资源的开发是三维虚拟仿真培训中心创建的重要 内容和核心。建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行三维虚拟仿真 培训应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统， 首先要做的是 制订一个切实可行的视景系统应用硬件解决方案。3D视景

31、系统主要是三维显示硬件系统的集成应用。显示系统硬件是 三维虚拟仿真培训中心建设中重要的一环。 作为3D/VR图形显示输出 系统，其核心部分目前较流行的是立体版的高亮度投影显示系统，它将图形工作站生成的高分辨率 3D/VR场景以大幅立体投影的方式显 示出来，让要交互的三维虚拟世界高度逼真地浮现于参与者的眼前， 从而提供一个团体式参与，集体观看，具有高度临场感的投入型虚拟 人工环境，并结合必要的外部设备（如数据手套、6白由度位置跟踪 系统或其他交互设备），参与者可从不同的角度和方位白由地进行交 互、操纵，实现三维虚拟世界的实时交互和漫游。2.2.1系统概述立体投影系统立体投影分为主动式和被动式立体

32、。被动式立体投影系统是使用两台投影机，一台投射左眼图像，另外一台投射右眼图像，将左 右眼图像同时投射到屏幕上，投影机镜头前安装偏振光片，使投射 的光线变成偏振光，而观众配带的立体眼镜的镜片也是偏振光片， 并且左眼的偏振片与投射左眼图像的投影机的偏振光片的偏振方 向是相同的，右眼的偏振片与投射右眼图像的投影机的偏振光片的 偏振方向是相同的，这样左眼图像只能透过左眼镜片，而右眼图像 也只能透过右眼镜片，从而使观众看到立体的图像，一般的投影方 式都是由一个图形通道驱动一台投影机。在多投影机的系统中就需 要都投影通道来支持，这就是多通道立体环幕系统。系统建设的总体目标是：系统充分考虑到先进性、稳定性、

33、实 用性、集成性、可扩展性和经济性等原则，建成一套采用先进成熟 的技术、遵循布局设计优良、设备应用合理、界面友好简便、功能 有序实用、升级扩展性好的大屏幕融合系统，以达到既能满足大屏 幕图像和数据显示的需求。2.2.2设计依据系统的友好性和易操作性良好的系统操作界面是必不可少的，中央控制系统是必不可少的, 简单地使用一个触摸屏即可操作所有的系统设备中央控制系统具有 良好的标准性，可以其它硬件设备无缝连接。系统的可维护性3踞 拟现实系统作为一个数据可视化和交互中心发挥着重要的作用，首先是科研工作的重要工具，其次是决策支持的有效手段，同是更可作为企业宣传、成果展示、学术技术交流、工作汇报的 平台。

34、所以系统的稳定性至关重要；另外，由于虚拟现实多通道 投影系统的特点，系统需要定期维护，简洁快速的系统维护性和 维护手段对长期使用是非常重要的。本系统采用创凯电子最新的-0403具备几何纠正和边缘融合技术 可快速的完成系统的调试，实现了多通道投影系统最高的可维护性。系统的可靠性投影机作为系统的核心显示设备，其可靠性对系统的正常使用至 关重要。本系统采用的投影机，工作稳定可靠，故障率低，寿命长， 其平均无故障时间MTB政于25000J、时，经长时间工作后图像质量（亮 度、色彩、拼接等）不会发生明显变化。2.2.3设计原则为最终使用户满意，大屏幕显示系统应遵循如下设计原则：?实用性系统能满足各种现实

35、和潜在的需求，且达到满意的效果。?可靠性系统能提供长时间的连续运行，且稳定可靠。?先进隹系统的功能和性能达到同档次显示系统的先进水平。?持续性选用的高质量投影显示单元和控制器，保证系统的显示效果长久不变。?经济隹在满足需求的情况下，使系统建设和使用投入的成本尽量小。?方便性系统的调整、使用简单易行，用户操作界面友好，操作过程 简捷，经短时培训即可操作使用。2.2.4系统主要设备系统采用世界顶级的显示技术方案，使受训人员完全融入到虚拟 的真实场景中，任何设备、物体均似触手可及。通过对矿井真实模拟 及安全演练，增强受训人员安全意识，提高受训人员对于安全危险情 况的判断和处理能力。虚拟场景中的培训内

36、容可以根据实际需要进行 调整，有效达到教与学的目的。安装地点：井上室内安装系统符合室内电气设施施工标准及要求， 不可安装于室外工作环境。系统采用虚拟现实技术，结合3皿影技术，建立虚拟矿山培训演 练系统，满足矿山工人日常培训、矿山应急救援培训、救护队员培训 以及其他培训内容的需要。系统配备180度半球形环幕3套，每套直径3米，高2.65米，硬质 幕，增益1.0，分辨率1920*1200工程主动式立体投影机。投影机型号：PD F35 AS3D生产厂家:Projection Design产地：挪威重要参数产品类型：工程投影机投影技术：DLP亮度：8000流明标准分辨率： WUXG A1920*120

37、0）灯泡寿命：经济模式：5000小时，高亮模式：.产品噪音：30dB产品重量：12.6kg光源类型：超高压汞灯投影机特性：3D聚集方式：超广角镜：0.80:1 , EN12（仅可在.色轮：RGBCMY镜像和模拟仿真 RGBCY.扫描频率：水平扫描：15-150KHZ垂直扫描.编辑本段详细参数光学参数产品类型：工程投影机投影技术：DLP显示芯片：美国德州仪器DL嗷字光学处理投影技术投影机特性：3D亮度：8000流明标准分辨率： WUXG A1920*1200）光源类型：超高压汞灯灯泡数量：2个灯泡功率：250-300W （全功率）200-250W （ECC6动更换模式）灯泡寿命：经济模式：500

38、0小时，高亮模式：2000小时投影参数变焦方式：手动变焦聚集方式：超广角镜：0.80:1 , EN12(仅可在轴上移动)，广 角镜头：无，广角变焦镜头：1.20-1.70:1 , EN13(可在轴上移动 或无轴)，变焦镜头：1.70-2.50:1 , EN11(可在轴上移动或无轴)， 短程变焦镜头：2.50-4.50:1 , EN14(可在轴上移动或无轴)， 远程 变焦镜头：无，聚焦距离：0.5-无光圈范围：F=2.1-6.5色轮：RGBCM Y镜像和模拟仿真RGBCYW®面演示RGBC WW光亮度的演示扫描频率：水平扫描：15-150KHZ垂直扫描：48-190HZ电脑兼容性：25

39、60X 1600-640 X 480像素分辨率RGBHV RGBS RGsB视频兼容性：HDTV( 1080i/p , 720p) , EDTV( 576p, 480p), SDTV( 576i , 480i ) , NTSC PAL SECAM接口参数输入端子:2 x Dual Link DVI (DVI-D)2X HDMI1.3a2X VGA( 15-pin HDDSUB2X HDMI 1.3a1 x YPbPr component video (3xRCA输出端子：1X USBl标控制，固件升级2x 12V (60mA triggers (power / aspect ratio )4X

40、可设置IR接收器1 x 有线 IR repeateR2X可设置XPort (前/后)控制端子：1 X RJ45 TCP/IP网络端口1 x RS232 9-pin DSUB电气规格产品噪音：30dB电源性能：AC100-240V 50/60HZ其它参数外形设计：金属黑，银色安全认证:CM CSA“C/US' , FCC Class A , CCC产品尺寸：376*510*223mm产品重量：12.6kg其它性能：带宽：205MHz模拟RG按口带宽：165 Hz,有DVI的数字RG按口环境参数工作温度：0-35 C工作湿度：20-90%存储湿度：20-90%系统配备立体声音响系统3套。采

41、用高保真立体音箱系统。系统配备有最为先进的触摸屏幕的遥控器以及带有体感的输入 手柄共9套。系统配备NVida源立体眼镜9套。NVida是世界最为著名的视频 硬件系统开发商，其3D VISION PROt体眼镜是当前效果最好的主动 式立体眼镜。3D Vision Pro 是NVIDIA显卡的一项3E&体显示技术，是工程级 3DW决方案。硬件要求3D Vision对硬件要求比较高，必须具备三个条件：1、必须使用NVIDIA Geforce 8以上显卡产品；2、必须拥有一台刷新率为120HZ勺显示输出设备；3、必须购买NVIDIA勺3D Vision Pro发射器及眼镜。时分法原理：NVID

42、IA的3D Vision Pro技术就是通过特殊的眼镜，在超高速状 态下，通过LCD!电后将镜片调成不透光的黑色，来分别遮蔽人的左 右眼，让两只眼睛看到两张角度不同的画面，即当屏幕播放左眼画面的时候右侧镜片变黑，切换一次后，屏幕播放右眼画面的时候左侧镜 片变黑，这样，快速的切换就保证了到达左右眼是有细微差别的图像。 简单的理解就是NVIDIA让GeForceM卡在计算游戏（影片效果是通过 双摄像头实现的）时将每一帧计算出两个不同的画面，显示在显示器 上，然后通过3D Vision眼镜让左右眼分别看到不同的画面，从而给 人眼以错觉，让我们的眼睛误认为看到了一个“三维”的物体，从而 实现立体成像技

43、术的。也就是说，在整个显示过程当中，显示器要以非常高的频率轮换 地传送左右眼图像，而与此同时3D Vision眼镜也以同样高的速度开 关左右眼的液晶屏，让人眼看到不同画面。当然，实现这一功能的前 提是您的显示器也要能够支持如此高的刷新速度，因此，你的显示器的刷新率越高越好。一般来说，最少要达到120H彼上，这样，分到 每只眼睛上的刷新率就能够达到60Hz,以至于不太晃眼。系统配备4时感座椅，具体体验人数及摆放位置可根据实际情况 量身定制。动感座椅参数如下：1. 可以实现前后、左右、上下的扭转摇摆功能；2. 承重：220kg3. 上下行程200mm;4. 前后最大为25度，左右最大为20度;5.

44、 加速度：0.5g;6. 最大可以到12HZ勺振动；7. 模拟撞击、颠簸、地震等效果，实现扫腿、耳风、前吹风，喷雾、振动效果、左右滚转、前后俯仰等功能；8. 模拟瞬间坠落和失重的效果；9. 向参与者脸上喷射少量的水珠或者水雾10. 味道特效（可做备选或预留升级接口）2.2.5系统功能大屏幕显示系统主要包括图像处理能力较强和显示效果很好的投 影显示单元，以及与之配套的多屏融合控制器。 支持立体与非立体图 像显示，支持单屏、跨屏以及整屏显示，实现图像窗口的缩放、移动、 漫游等功能。通过显示单元对图像独特的处理方式， 体现在多路信息 的同步显示能力、系统的超强稳定工作能力和强大的软件支持能力 上。通

45、过融合显示系统的集成化功能来满足显示技术要求。可在需要 时将融合系统切换成立体融合显示系统。大屏幕显示系统支持多路RGI®面、视频画面的实时显示，应满足 基本应用要求：1）系统可显示立体图像，也可切换到非立体图像显示模式2）支持图形拼接、全屏范围内显示的图像无非线性失真。3）图像融合完整，无错位。4）支持各种制式的视频图像（可显示录像机、摄像机、DVD等图像）和不同分辨率（640X 4803072X 768）的计算机信号。5）画面可整屏显示，也可分屏显示。用户可灵活开启窗口，定 义尺寸，画面能够白由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝的 限制。采用软件控制窗口的融合、拼接与分割。6）通过分

46、辨率叠加，大屏幕上能够显示超高分辨率的计算机图 形。7）能够将多路输入信号进行重新组合，再现于显示组合屏上， 信号源的显示切换过程无停顿、黑屏现象。8）屏幕上的各种应用窗口 （RGEW口、视频窗口）可任意同RGB图片文字卤口萱加显不并且可任意缩放和移动。9）能在大屏幕上同时显示多个视频图像、计算机图形，每个窗 口均能以实时、真彩的模式显示，并可在整屏上漫游、缩放 显示、或与图形窗口叠加，画面无延时，无抖动。10）具有先进性、稳定性，可连续工作 24小时以上，可一年 365天不间断工作，使用寿命长，易于维护。大屏幕投影显 示系统软硬件连接简单，无需对原系统做任何调整和改动， 确保整个系统的通用性

47、。2.2.6技术路线：1）演示动画类：调研/文字素材整理-绘制分镜头剧本-Maya构建 场景模型和人物角色-绘制贴图-场景灯光调制-调制动画和人 物角色-Unity3D虚拟仿真程序编制-交互程序编制-系统集 成-现场安装应用测试-程序调整-系统运行。2）演示动画类：调研/文字素材整理-绘制分镜头剧本-Maya构建 场景模型和人物角色-绘制贴图-场景灯光调制-调制动画和人 物角色-渲染序列帧-用Adobe Premiere Pro工具配音-用 Combustion校色-影片输出-系统集成-现场安装应用测试 -程序调整-系统运行。3） 视频教程类：调研/文字素材整理-绘制分镜头剧本-视频录制-用

48、Adobe Premiere Pro工具配音-用 Combustion 校色-影片 输出-系统集成-现场安装应用测试-程序调整-系统运 行。2.3三维虚拟仿真培训中心培训系统及培训资源内容虚拟仿真培训中心教学平台系统及资源建设要以真实的矿井为 原型，在对矿井及相关现象统一理解、表达与可视化再现的基础上， 精心组织、整理各个工种技能及相关专业知识，采用全新的可视化表 达形式将其融汇于中，形成更白然的学习思维方式和灵活便捷的数字 教学方法。软件要求利用虚拟现实沉浸性、交互性和构想性的特点， 集成个性化培训教案设计及多媒体表达，为实践教学和培训提供科学 的辅助手段和生动丰富的课件资源。培训内容主要包

49、括：1）闻警出动流程2）矿井概况培训、各类事故案例再现3）五大白然灾害培训、白救互救培训、各类训练演习流程4）采煤运煤流程培训及救护队常用设备、仪器等操作培训5）大型设备及一般技术操作2.3.1研究方法及制作要求2.3.1.1 建模虚拟现实模型与普通动画中的模型制作具有一定的区别。虚拟现实环境属于实时渲染，因而模要尽量优化，减少不必要的面，从而使 程序更加流畅。但太少的细节又将降低场景的真实感，因而需用特殊 建模方法，对模型进行处理，进而达到运行流畅且真实性高的效果。2.3.1.2 材质烘焙虚拟现实场景中，为了更加真实地表现灯光、阴影等特殊效果， 不可直接使用Maya 3DS Ma溶建模程序的

50、内置材质，需将材质、贴 图进行烘焙，进而达到理想的效果。2.3.1.3 法线贴图模型欲达到最佳的视觉效果，需对模型的贴图进行Zbrush法线贴 图处理，从而增强模型的立体感。2.3.1.4 动画制作与普通动制作不同的是，虚拟现实引擎不能识别所有的Maya 3DS Ma黝作脚本，只有一些制作相对复杂的低级别动画脚本才能被使用。为适应虚拟现实场景中人物的复杂动画要求，相似的动作必须制 作若干组，来完善动作的细节，由虚拟现实平台根据情况调用不同的 动画，否则将产生动作不协调，甚至跳帧。2.3.1.5 程序设计以Unity3D为虚拟现实平台进行系统开发，确保系统的功能性与 稳定性。2.3.1.6 测试与优化由于虚拟现实引擎的不同，平台对模型及动画的兼容性要求不 同，需经过严格的测试。2.3.1.7 煤矿的特殊性煤矿属特殊行业，模型的建立必须符合现场实际，这与煤矿专业知识的掌握是密不可分的。只有充分掌握煤矿专业知识，且熟练掌握 三维建模、动画软件，才能做出可用的场景。2.3.1.8 制作经验虚拟现实建模、动画的制作比较复杂，而一般总项目的工期又相 对较短，因而要尽量避免模型、动画制作中的失误造成的工