5煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)27

1、20212021年年1111月月2 2日日主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容一、引言一、引言二、模塊設(shè)計(jì)二、模塊設(shè)計(jì)三、工具軟件簡(jiǎn)介三、工具軟件簡(jiǎn)介四、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程四、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程五、結(jié)束語(yǔ)五、結(jié)束語(yǔ)一、引言一、引言1.數(shù)字礦山數(shù)字礦山2. 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)1. 數(shù)字礦山數(shù)字礦山一、引言一、引言u(píng) 1998年美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)栐诿绹?guó)加利福尼亞科學(xué)中心發(fā)表了題為：“數(shù)字地球：21世紀(jì)認(rèn)識(shí)地球的方式”的講演，提出了“數(shù)字地球”概念，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。u數(shù)字礦山作為數(shù)字地球、數(shù)字中國(guó)的一個(gè)重要組成部分，也在中國(guó)的采礦業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。u數(shù)字礦山是在統(tǒng)一的時(shí)空框架下，對(duì)真實(shí)礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一理

2、解、表達(dá)與數(shù)字化再現(xiàn)，是數(shù)字礦區(qū)和數(shù)字中國(guó)的一個(gè)重要組成部分。2. 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)一、引言一、引言u(píng)虛擬現(xiàn)實(shí)，也稱虛擬實(shí)境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過(guò)使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用，使之產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。u自從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來(lái)，它已經(jīng)在軍事模擬、先進(jìn)制造、城市規(guī)劃/地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域中顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)效益。u將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到煤礦生產(chǎn)中無(wú)疑具有非常重要的意義，本文運(yùn)用Maya和Virtools的強(qiáng)

3、大功能實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真和漫游。二、模塊設(shè)計(jì)二、模塊設(shè)計(jì)煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)地面生產(chǎn)系統(tǒng)地面生產(chǎn)系統(tǒng)地下生產(chǎn)系統(tǒng)地下生產(chǎn)系統(tǒng)三、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介三、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介1. Maya2. Virtools1. Maya簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介三、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介三、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介uMaya是美國(guó)Autodesk公司出品的世界頂級(jí)的三維動(dòng)畫軟件，應(yīng)用對(duì)象是專業(yè)的影視廣告，角色動(dòng)畫，電影特技等。Maya功能完善，工作靈活，易學(xué)易用，制作效率極高，渲染真實(shí)感極強(qiáng)，是電影級(jí)別的高端制作軟件。uMaya 集成了Alias/Wavefront 最先進(jìn)的動(dòng)畫及數(shù)字效果技術(shù)。它不僅包括一般三維和視覺(jué)效果制

4、作的功能，而且還與最先進(jìn)的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運(yùn)動(dòng)匹配技術(shù)相結(jié)合。2. Virtools簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介三、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介三、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介uVirtools軟件是一款多功能的三維開(kāi)發(fā)軟件，由開(kāi)發(fā)模塊、生成模塊和發(fā)布模塊組成。u開(kāi)發(fā)模塊包括創(chuàng)作應(yīng)用程序和軟件開(kāi)發(fā)工具包。uVirtools Dev是創(chuàng)作應(yīng)用程序的主要部分，生成模塊主要包括行為引擎和渲染引擎。u發(fā)布模塊主要包括EXE生成器和WEB播放器。u一套具有豐富互動(dòng)行為模組的即時(shí)3D環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體互動(dòng)編輯軟件u互動(dòng)行為模組可利用Drag & Drop拖放的方式將互動(dòng)行為模組賦予適當(dāng)?shù)奈锛蚪巧蟅irtools的執(zhí)行流程 動(dòng)態(tài)

5、計(jì)算 處理行為模組 聲音 場(chǎng)景著色四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程1. 搜集整理資料搜集整理資料2. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型建立系統(tǒng)場(chǎng)景模型建立3. 系統(tǒng)場(chǎng)景整合系統(tǒng)場(chǎng)景整合4. 成品發(fā)布成品發(fā)布1. 資料搜集整理資料搜集整理四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)非常復(fù)雜，各個(gè)環(huán)節(jié)緊密相連，為了真實(shí)的體現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)并且突出重點(diǎn)，必須在開(kāi)發(fā)前以及開(kāi)發(fā)的過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行必要的資料搜集u資料主要包括圖片、數(shù)據(jù)、視頻等。只有在對(duì)資料進(jìn)行認(rèn)真研究的基礎(chǔ)上才能使仿真場(chǎng)景和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)相接近。同時(shí)積極的現(xiàn)場(chǎng)觀察也是非常必要的。2. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型的建立系統(tǒng)場(chǎng)景模型的建立四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u場(chǎng)景模型是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系

6、統(tǒng)最直觀的部分，場(chǎng)景模型的好壞直接關(guān)系到軟件運(yùn)行的快慢和逼真度。u由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要求計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算場(chǎng)景中的所有多邊形數(shù)據(jù)，因此在模型建立的過(guò)程中應(yīng)該在保證場(chǎng)景不失真的前提下力求線條的簡(jiǎn)約化，應(yīng)盡量選擇多邊形建模方法。u在建模的過(guò)程中還要注意詳略得當(dāng)，達(dá)到有效利用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和CPU進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。2. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型的建立系統(tǒng)場(chǎng)景模型的建立四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u場(chǎng)景模型是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)最直觀的部分，場(chǎng)景模型的好壞直接關(guān)系到軟件運(yùn)行的快慢和逼真度。u由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要求計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算場(chǎng)景中的所有多邊形數(shù)據(jù)，因此在模型建立的過(guò)程中應(yīng)該在保證場(chǎng)景不失真的前提下力求線條的簡(jiǎn)約化，應(yīng)盡量選擇多邊形建

7、模方法。u在建模的過(guò)程中還要注意詳略得當(dāng)，達(dá)到有效利用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和CPU進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。2. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型的建立系統(tǒng)場(chǎng)景模型的建立四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u礦山生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)非常大的場(chǎng)景，因此在建模的過(guò)程中作者采用先分別建模最后集中導(dǎo)入的方式。u在建模的過(guò)程中還要嚴(yán)格的控制模型比例使其符合真實(shí)情況。u模型及場(chǎng)景建立完成以后，給模型的表面加上各種材質(zhì)并進(jìn)行紋理貼圖。u把初步建成的模型導(dǎo)入到Virtools中進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)不正確和不美觀的部分進(jìn)行不斷的修改。u最終利用Virtools Export Plugins插件導(dǎo)出。部分場(chǎng)景分別如圖2-圖7所示。地面生產(chǎn)系統(tǒng)地面生產(chǎn)系統(tǒng) 調(diào)度生產(chǎn)監(jiān)控中心四、開(kāi)

8、發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程中央變電所 煤炭運(yùn)輸3. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型的整合系統(tǒng)場(chǎng)景模型的整合四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u將從Maya中導(dǎo)出的（*.nmo）文件用Virtools打開(kāi)，為他們加上各種控制和燈光。u在Virtools中，場(chǎng)景三維模型的控制是依靠Virtools內(nèi)置行為模塊（Building Block）實(shí)現(xiàn)的。uVirtools有600多個(gè)BB可供使用，能夠?qū)?chǎng)景模型進(jìn)行各種基本操作如：大小變化，平移，旋轉(zhuǎn)，縮放，顏色變化，光線變化，三維貼圖等，復(fù)雜操作如投影，行走，奔跑，后退等。3. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型的整合系統(tǒng)場(chǎng)景模型的整合四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u實(shí)現(xiàn)對(duì)三維編輯區(qū)中的模型進(jìn)行控制，一種方法就是直

9、接調(diào)用行為模塊庫(kù)中的內(nèi)置BuildingBlocks，一種是使用C+進(jìn)行手工編寫B(tài)uildingBlocks。前者簡(jiǎn)單方便，后者比較靈活。u點(diǎn)擊 DataResource(數(shù)據(jù)資源庫(kù))，選擇 Animations(行為動(dòng)作)類中的行為，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊所要的動(dòng)作行為并拖到編輯區(qū)中的角色身上，并在Schematic(腳本流程圖)中運(yùn)用行為交互模塊庫(kù)中的行為模塊編輯角色相應(yīng)的腳本，這樣就形成了3D交互動(dòng)畫。3. 系統(tǒng)場(chǎng)景模型的整合系統(tǒng)場(chǎng)景模型的整合四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u經(jīng)過(guò)以上過(guò)程的設(shè)置后，便可以將諸如液壓支架的升降、移架過(guò)程、采煤機(jī)割煤方式、煤炭運(yùn)輸方式等一系列的生產(chǎn)細(xì)節(jié)生動(dòng)逼真的展現(xiàn)出來(lái)。u為了

10、更好的實(shí)現(xiàn)漫游效果，在系統(tǒng)中增添了一個(gè)虛擬人物角色，并將攝像機(jī)以第三人稱跟隨的方式進(jìn)行設(shè)置，這樣就可以讓操作者產(chǎn)生如身臨其境的感覺(jué)。四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程4. 成品的發(fā)布成品的發(fā)布四、開(kāi)發(fā)過(guò)程四、開(kāi)發(fā)過(guò)程u煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)制作完畢后，可以直接將整個(gè)作品以CM0文件格式保存，在需要的時(shí)候可以在進(jìn)行修改和編輯，但是這種情況保存的文件只有載入Virtools才可進(jìn)行單機(jī)的展示操作；u還可以把整個(gè)作品以VMO文件格式保存?zhèn)鞑セ蛘甙l(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，這種情況只要客戶端安裝了VirtoolsWebPlaver播放插件，就可以進(jìn)行交互操作；u利用編程的方法，結(jié)合virtools提供的sdk開(kāi)發(fā)工具包，可以將作品打包生成單一的EXE文件，這樣，系統(tǒng)就可以在任何WINDOWS平臺(tái)直接運(yùn)行。五、結(jié)束語(yǔ)五、結(jié)束語(yǔ)u傳統(tǒng)的教學(xué)模式以及工人崗前培訓(xùn)模式多為通過(guò)文字和圖片相結(jié)合的方式進(jìn)行講解，這種