虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、.：.；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)中的運(yùn)用王德永 仵自連 杜衛(wèi)新平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南省平頂山市467001摘要：本文從煤炭平安消費(fèi)情勢和傳統(tǒng)培訓(xùn)教學(xué)方式存在缺墮入手，引入了虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)中的運(yùn)用研討的艱苦意義。并結(jié)合實(shí)踐工程對礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)進(jìn)展總體設(shè)計、開發(fā)工具選擇，并對詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)展的描畫，引見了利用3DS Max、Maya進(jìn)展三維模型建模、貼圖和渲染，利用Virtools DEV進(jìn)展交互設(shè)計和整合，在較短時間內(nèi)開發(fā)了一個較為完好的礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)，給大家提供了一個虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件實(shí)現(xiàn)的較為簡便的方法。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 礦井仿真 煤礦平安培訓(xùn) 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、 引言煤礦消費(fèi)是在復(fù)雜的自然條件下從事煤炭開采，五大自然災(zāi)禍時辰要挾著煤礦的安危。煤礦災(zāi)禍?zhǔn)鹿蔬€不能得到有效的控制，給國家和人民的生命財富呵斥宏大損失。事故發(fā)生緣由有煤礦消費(fèi)自然條件和人的平

6、安認(rèn)識行為兩個方面的緣由，但主要根源在于職工的平安認(rèn)識冷淡和平安技藝素質(zhì)低下。面對嚴(yán)峻的煤礦平安情勢已引起黨和國家指點(diǎn)人的高度注重，目前急需加大科技投入，改動煤礦的不平安情況。要按照國家有關(guān)法律法規(guī)對職工的消費(fèi)行為進(jìn)展規(guī)范，加強(qiáng)煤礦平安技術(shù)培訓(xùn)任務(wù)，強(qiáng)化職工平安認(rèn)識。礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)開發(fā)，主要是為提高職工平安培訓(xùn)效果，是整個學(xué)習(xí)培訓(xùn)過程更加生動有效。目前我國煤礦行業(yè)平安培訓(xùn)方式和培訓(xùn)手段依然處于落后形狀，沒能跟上科技提高的步伐。培訓(xùn)手段是決議教學(xué)效果的重要要素，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式存在的缺陷：課堂實(shí)際教學(xué)：內(nèi)容籠統(tǒng)、枯燥、實(shí)際與現(xiàn)場脫節(jié)、培訓(xùn)效果差；實(shí)驗(yàn)教學(xué)(主要指模型教學(xué))：本錢高.教學(xué)效果不明顯

7、.不易于煤礦企業(yè)自行開展周期性的培訓(xùn)任務(wù)；電化教學(xué)：缺乏雙向交流.教學(xué)手段單一，教學(xué)效果普通，很多局面無法真正實(shí)現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是二十世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，它交融了數(shù)字圖像處置、計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支。它生成的視覺環(huán)境是立體的、音效是立體的，人機(jī)交互是調(diào)和友好的。它可以創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會類似的環(huán)境，從而可以處理學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性的要求，在教育領(lǐng)域內(nèi)有著極其宏大的運(yùn)用前景，可以預(yù)言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是繼多媒體、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具有運(yùn)用前景的“明星技術(shù)。運(yùn)用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)構(gòu)建礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)能極大地提高平安培訓(xùn)的效果，意義

8、艱苦。礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)總體設(shè)計和詳細(xì)內(nèi)容根據(jù)消費(fèi)實(shí)踐和教學(xué)培訓(xùn)的需求，我們對礦井消費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)展仔細(xì)分析，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立了煤礦消費(fèi)采煤、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水仿真仿真系統(tǒng)，其構(gòu)造圖如以下圖所示。礦井平安火災(zāi)避災(zāi)水災(zāi)避災(zāi)反風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備展現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)采煤機(jī)液壓支架消費(fèi)系統(tǒng)綜采任務(wù)面運(yùn)煤系統(tǒng)排水系統(tǒng)動力系統(tǒng)礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)礦井遨游入井井底車場大巷上下山挪動變電站圖1 煤礦礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)總體構(gòu)造圖(Figure 1 Software architecture for the Mine Production Simulation System)我們對煤礦井下各種機(jī)電設(shè)備、巷道、采煤任務(wù)面以及虛擬礦工進(jìn)展三維

9、建模，利用鍵盤控制虛擬礦工進(jìn)展行走，從地面入井開場，坐罐籠下井，進(jìn)入井底車場，對井底車場中中央泵房和中央變電所進(jìn)展逼真模擬，虛擬人物可以在井底車場遨游，看到各種設(shè)備和設(shè)備。同樣的反方法對大巷、上下山、機(jī)巷、風(fēng)巷和綜采任務(wù)面進(jìn)展遨游，特別是在綜采任務(wù)面，對采煤過程進(jìn)展仿真，按照采煤工藝要求，虛擬礦工可以支配采煤機(jī)進(jìn)展?jié)L筒轉(zhuǎn)動、采煤機(jī)挪動和采煤機(jī)搖臂反轉(zhuǎn)，看到采煤機(jī)割煤、落煤和刮板保送機(jī)運(yùn)煤的逼真局面。對于綜采任務(wù)面的支護(hù)也進(jìn)展了仿真，操作者可以支配綜采任務(wù)面的液壓支架完成降架、移架、升架和推溜的整個操作過程。進(jìn)入每個場景，還加有語音引見和平安提示。除了上述功能之外，我們思索到教學(xué)需求，對通風(fēng)道路

10、，排水道路、運(yùn)煤道路和各種災(zāi)禍逃生道路也進(jìn)展了模擬仿真。整個系統(tǒng)是基于b/s構(gòu)造，利用閱讀器翻開運(yùn)轉(zhuǎn)，但閱讀器要安裝相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)播放插件。3、礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法要實(shí)現(xiàn)一個逼真的三維礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)，首先需求對礦井中用到的設(shè)備、設(shè)備及場景、人物角色等進(jìn)展三維建模，要想使得模型逼真程度較高，就要對建立的三維模型進(jìn)展貼圖和渲染；為了完成交互動作和實(shí)時渲染，以及仿真系統(tǒng)的整合，要進(jìn)展交互設(shè)計。3.1 實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案選擇目前，在仿真系統(tǒng)設(shè)計中，普遍采用的技術(shù)方案有三維建模、模型渲染、交互動作設(shè)計和系統(tǒng)整合幾個關(guān)鍵步驟。三維建模選用的開發(fā)工具有3DS Max、Maya、VRML言語等，渲染模型主要是

11、經(jīng)過以上工具給模型參與貼圖以及燈光光線，來添加模型的逼真程度，交互動作設(shè)計和系統(tǒng)整合采用的有VC+編程調(diào)用OpenGL、DirectX等進(jìn)展，或者采用VRML言語直接開發(fā)，也可以用利用開發(fā)工具引擎來進(jìn)展，實(shí)踐這些引擎也是利用上面言語編寫而成，只是我們直接可以利用曾經(jīng)編好的存入開發(fā)引擎中的類，不用我們從頭開場編寫，這些工具有Vega、Virtools 等，我們經(jīng)過仔細(xì)的技術(shù)分析采用3DS Max、Maya 進(jìn)展建模和渲染，利用Virtools進(jìn)展實(shí)時渲染、交互動作設(shè)計和系統(tǒng)整合。3.2 Virtools DEV開發(fā)工具簡介Virtools Dev是一套整合軟件，它是由法國Virtools公司開發(fā)

12、，可以將現(xiàn)有常用的文件格式整合在一同，如3D模型、2D圖形或是聲音文件。Virtools Dev不是3D引擎，它是一套具備豐富的互動行為模塊的實(shí)時3D環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)編輯軟件，可以制造不同用途的3D產(chǎn)品，如網(wǎng)站、計算機(jī)游戲、多媒體課件、建筑設(shè)計、交互式電視節(jié)目、教育訓(xùn)練、仿真和產(chǎn)品展現(xiàn)等。Virtools Dev除了具有編輯制造的界面外，也包含了SDK，可以供程序設(shè)計人員開發(fā)新的功能、新的硬件驅(qū)動程序或是將內(nèi)容編譯成執(zhí)行文件。Virtools Dev最大的特征就是它的“互動行為模塊Behavior Building Block，它可以象堆積木一樣，利用鼠標(biāo)拖放方式將互動行為模塊賦予在適當(dāng)?shù)膶ο蠛徒?/p>

13、色上，以流程圖的方式?jīng)Q議行為模塊的處置順序，逐漸編輯合成一個完好的交互式虛擬世界。Virtools Dev擁有超越500個以上的可供運(yùn)用，經(jīng)由編輯后的互動模塊群可以組合成一個新的單一互動模塊以方便反復(fù)運(yùn)用。3.3 開發(fā)過程中需求留意的幾個問題主要討論一下開發(fā)工具對模型的要求、模型轉(zhuǎn)換，并以幾個關(guān)鍵技術(shù)為例，闡明一下交互的設(shè)計過程。在模型制造技巧方面，需求留意盡量減少面數(shù)，貼圖精細(xì)度的分配也應(yīng)該照面數(shù)控制的原那么來分配，又大又經(jīng)常看到的對象就應(yīng)貼較細(xì)致的貼圖，又小、出現(xiàn)時間又不長的角色貼圖只需看來不失真就可以了，但最高原那么就是要維持畫面的一致性，也就是每個對象從畫面上看起來都能維持一樣的畫質(zhì)，

14、所以在面數(shù)與貼圖的控制是需求相當(dāng)?shù)募记膳c閱歷的。3.4 開發(fā)成果展現(xiàn)圖2遨游者在中央變電所遨游(Figure 2 The worker roams in the center transformer substation)圖3 綜采任務(wù)面場景(Figure 3 the scene of Fully Mechanized Coalface) 終了語我們利用3DS Max、Maya進(jìn)展三維模型建模、貼圖和渲染，利用Virtools DEV進(jìn)展交互設(shè)計和整合，在較短時間內(nèi)開發(fā)了一個較為完好的礦井消費(fèi)仿真系統(tǒng)，給大家提供了一個虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件實(shí)現(xiàn)的較為簡便的方法，對開發(fā)人員編程要求相對較低，適用于現(xiàn)場技術(shù)人員運(yùn)用。參考文獻(xiàn)：1 史先燾 . 虛擬仿真技術(shù)在煤礦平安培訓(xùn)中的運(yùn)用. 中國礦業(yè). 2005. 9 ,14(9. 79-80.2 李敏 陳威兵. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對傳統(tǒng)教學(xué)的影響. . 2003.33 HYPERLINK virtools/solutions/products/virtools_dev_new3_5.asp virtools/solutions/products/virtools_dev_new3_5.asp4 Virto