虚拟现实技术在矿井生产仿真系统中的应用

1、.：.；虚拟现实技术在矿井消费仿真系统中的运用王德永 仵自连 杜卫新平顶山工业职业技术学院 河南省平顶山市467001摘要：本文从煤炭平安消费情势和传统培训教学方式存在缺堕入手，引入了虚拟现实仿真技术在矿井消费仿真系统中的运用研讨的艰苦意义。并结合实践工程对矿井消费仿真系统进展总体设计、开发工具选择，并对详细的实现技术进展的描画，引见了利用3DS Max、Maya进展三维模型建模、贴图和渲染，利用Virtools DEV进展交互设计和整合，在较短时间内开发了一个较为完好的矿井消费仿真系统，给大家提供了一个虚拟现实仿真软件实现的较为简便的方法。关键词：虚拟现实 矿井仿真 煤矿平安培训 Virto

2、ols The Application of Virtual Reality Technology in Mine Production Simulation System Wang Deyong Wu Zilian Du Weixin(Pingdingshan Industrial College of technologyPingdingshanHenan 467001)Abstract: This paper, beginning with the situation of safety production in coal mine and the flaws in tradition

3、altraining and teaching methods, discusses the great significance of the application of virtual reality technology in mine production simulation system. And, combining with the actual project, carries on the systematical design, chooses the developing tools of mine production simulation system, desc

4、ribes the technology concerned, and introduces the technology of making three-dimensional models, pasting charts and applying colors to drawings through 3DS Max, Maya, and making interactive designs and conformity with Virtools DEV. And it finally develops a relatively completesimulation system of m

5、ine production in a short time, and provides a simpler method for the fulfillment of virtual reality simulation software. Key words: virtual reality, mine simulation, coal mine safety training, Virtools 1、 引言煤矿消费是在复杂的自然条件下从事煤炭开采，五大自然灾祸时辰要挟着煤矿的安危。煤矿灾祸事故还不能得到有效的控制，给国家和人民的生命财富呵斥宏大损失。事故发生缘由有煤矿消费自然条件和人的平

6、安认识行为两个方面的缘由，但主要根源在于职工的平安认识冷淡和平安技艺素质低下。面对严峻的煤矿平安情势已引起党和国家指点人的高度注重，目前急需加大科技投入，改动煤矿的不平安情况。要按照国家有关法律法规对职工的消费行为进展规范，加强煤矿平安技术培训任务，强化职工平安认识。矿井消费仿真系统开发，主要是为提高职工平安培训效果，是整个学习培训过程更加生动有效。目前我国煤矿行业平安培训方式和培训手段依然处于落后形状，没能跟上科技提高的步伐。培训手段是决议教学效果的重要要素，传统的培训方式存在的缺陷：课堂实际教学：内容笼统、枯燥、实际与现场脱节、培训效果差；实验教学(主要指模型教学)：本钱高.教学效果不明显

7、.不易于煤矿企业自行开展周期性的培训任务；电化教学：缺乏双向交流.教学手段单一，教学效果普通，很多局面无法真正实现。虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它交融了数字图像处置、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是调和友好的。它可以创建与现实社会类似的环境，从而可以处理学习媒体的情景化及自然交互性的要求，在教育领域内有着极其宏大的运用前景，可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有运用前景的“明星技术。运用计算机虚拟现实仿真技术构建矿井消费仿真系统能极大地提高平安培训的效果，意义

8、艰苦。矿井消费仿真系统总体设计和详细内容根据消费实践和教学培训的需求，我们对矿井消费系统进展仔细分析，结合虚拟现实技术，建立了煤矿消费采煤、运输、通风、排水仿真仿真系统，其构造图如以下图所示。矿井平安火灾避灾水灾避灾反风系统设备展现通风系统采煤机液压支架消费系统综采任务面运煤系统排水系统动力系统矿井消费仿真系统矿井遨游入井井底车场大巷上下山挪动变电站图1 煤矿矿井消费仿真系统总体构造图(Figure 1 Software architecture for the Mine Production Simulation System)我们对煤矿井下各种机电设备、巷道、采煤任务面以及虚拟矿工进展三维

9、建模，利用键盘控制虚拟矿工进展行走，从地面入井开场，坐罐笼下井，进入井底车场，对井底车场中中央泵房和中央变电所进展逼真模拟，虚拟人物可以在井底车场遨游，看到各种设备和设备。同样的反方法对大巷、上下山、机巷、风巷和综采任务面进展遨游，特别是在综采任务面，对采煤过程进展仿真，按照采煤工艺要求，虚拟矿工可以支配采煤机进展滚筒转动、采煤机挪动和采煤机摇臂反转，看到采煤机割煤、落煤和刮板保送机运煤的逼真局面。对于综采任务面的支护也进展了仿真，操作者可以支配综采任务面的液压支架完成降架、移架、升架和推溜的整个操作过程。进入每个场景，还加有语音引见和平安提示。除了上述功能之外，我们思索到教学需求，对通风道路

10、，排水道路、运煤道路和各种灾祸逃生道路也进展了模拟仿真。整个系统是基于b/s构造，利用阅读器翻开运转，但阅读器要安装相应的虚拟现实播放插件。3、矿井消费仿真系统实现方法要实现一个逼真的三维矿井消费仿真系统，首先需求对矿井中用到的设备、设备及场景、人物角色等进展三维建模，要想使得模型逼真程度较高，就要对建立的三维模型进展贴图和渲染；为了完成交互动作和实时渲染，以及仿真系统的整合，要进展交互设计。3.1 实现技术方案选择目前，在仿真系统设计中，普遍采用的技术方案有三维建模、模型渲染、交互动作设计和系统整合几个关键步骤。三维建模选用的开发工具有3DS Max、Maya、VRML言语等，渲染模型主要是

11、经过以上工具给模型参与贴图以及灯光光线，来添加模型的逼真程度，交互动作设计和系统整合采用的有VC+编程调用OpenGL、DirectX等进展，或者采用VRML言语直接开发，也可以用利用开发工具引擎来进展，实践这些引擎也是利用上面言语编写而成，只是我们直接可以利用曾经编好的存入开发引擎中的类，不用我们从头开场编写，这些工具有Vega、Virtools 等，我们经过仔细的技术分析采用3DS Max、Maya 进展建模和渲染，利用Virtools进展实时渲染、交互动作设计和系统整合。3.2 Virtools DEV开发工具简介Virtools Dev是一套整合软件，它是由法国Virtools公司开发

12、，可以将现有常用的文件格式整合在一同，如3D模型、2D图形或是声音文件。Virtools Dev不是3D引擎，它是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟现实编辑软件，可以制造不同用途的3D产品，如网站、计算机游戏、多媒体课件、建筑设计、交互式电视节目、教育训练、仿真和产品展现等。Virtools Dev除了具有编辑制造的界面外，也包含了SDK，可以供程序设计人员开发新的功能、新的硬件驱动程序或是将内容编译成执行文件。Virtools Dev最大的特征就是它的“互动行为模块Behavior Building Block，它可以象堆积木一样，利用鼠标拖放方式将互动行为模块赋予在适当的对象和角

13、色上，以流程图的方式决议行为模块的处置顺序，逐渐编辑合成一个完好的交互式虚拟世界。Virtools Dev拥有超越500个以上的可供运用，经由编辑后的互动模块群可以组合成一个新的单一互动模块以方便反复运用。3.3 开发过程中需求留意的几个问题主要讨论一下开发工具对模型的要求、模型转换，并以几个关键技术为例，阐明一下交互的设计过程。在模型制造技巧方面，需求留意尽量减少面数，贴图精细度的分配也应该照面数控制的原那么来分配，又大又经常看到的对象就应贴较细致的贴图，又小、出现时间又不长的角色贴图只需看来不失真就可以了，但最高原那么就是要维持画面的一致性，也就是每个对象从画面上看起来都能维持一样的画质，

14、所以在面数与贴图的控制是需求相当的技巧与阅历的。3.4 开发成果展现图2遨游者在中央变电所遨游(Figure 2 The worker roams in the center transformer substation)图3 综采任务面场景(Figure 3 the scene of Fully Mechanized Coalface) 终了语我们利用3DS Max、Maya进展三维模型建模、贴图和渲染，利用Virtools DEV进展交互设计和整合，在较短时间内开发了一个较为完好的矿井消费仿真系统，给大家提供了一个虚拟现实仿真软件实现的较为简便的方法，对开发人员编程要求相对较低，适用于现场技术人员运用。参考文献：1 史先焘 . 虚拟仿真技术在煤矿平安培训中的运用. 中国矿业. 2005. 9 ,14(9. 79-80.2 李敏 陈威兵. 虚拟现实技术对传统教学的影响. . 2003.33 HYPERLINK virtools/solutions/products/virtools_dev_new3_5.asp virtools/solutions/products/virtools_dev_new3_5.asp4 Virto