虚拟现实技术在矿井生产仿真系统中的应用

虚拟现实技术在矿井生产仿真系统中的应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：本文从煤炭安全生产形势和传统培训教学方式存在缺陷入手，引入了虚拟现实仿真技术在矿井生产仿真系统中的应用研究的重大意义。并结合实际项目对矿井生产仿真系统进行总体设计、开发工具选择，并对具体的实现技术进行的描述，介绍了利用3DSMax、Maya进行三维模型建模、贴图和渲染，利用VirtoolsDEV进行交互设计和整合，在较短时间内开发了一个较为完整的矿井生产仿真系统，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安全培训VirtoolsTheApplicationofVirtualRealityTechnologyinMineProductionSimulationSystemWangDeyong

WuZilian

DuWeixin(PingdingshanIndustrialCollegeoftechnology

Pingdingshan

Henan

467001)Abstract:Thispaper,beginningwiththesituationofsafetyproductionincoalmineandtheflawsintraditional

trainingandteachingmethods,discussesthegreatsignificanceoftheapplicationofvirtualrealitytechnologyinmineproductionsimulationsystem.And,combiningwiththeactualproject,carriesonthesystematicaldesign,choosesthedevelopingtoolsofmineproductionsimulationsystem,describesthetechnologyconcerned,andintroducesthetechnologyofmakingthree-dimensionalmodels,pastingchartsandapplyingcolorstodrawingsthrough3DSMax,Maya,andmakinginteractivedesignsandconformitywithVirtoolsDEV.Anditfinallydevelopsarelativelycomplete

simulationsystemofmineproductioninashorttime,andprovidesasimplermethodforthefulfillmentofvirtualrealitysimulationsoftware.Keywords:virtualreality,minesimulation,coalminesafetytraining,Virtools

1、引言煤矿生产是在复杂的自然条件下从事煤炭开采，五大自然灾害时刻威胁着煤矿的安危。煤矿灾害事故还不能得到有效的控制，给国家和人民的生命财产造成巨大损失。事故发生原因有煤矿生产自然条件和人的安全意识行为两个方面的原因，但主要根源在于职工的安全意识淡漠和安全技能素质低下。面对严峻的煤矿安全形势（已引起党和国家领导人的高度重视），目前急需加大科技投入，改变煤矿的不安全状况。要按照国家有关法律法规对职工的生产行为进行规范，加强煤矿安全技术培训工作，强化职工安全意识。矿井生产仿真系统开发，主要是为提高职工安全培训效果，是整个学习培训过程更加生动有效。目前我国煤矿行业安全培训模式和培训手段仍然处于落后状态，没能跟上科技进步的步伐。培训手段是决定教学效果的重要因素，传统的培训方式存在的缺陷：课堂理论教学：内容抽象、枯燥、理论与现场脱节、培训效果差；实验教学(主要指模型教学)：成本高.教学效果不明显.不易于煤矿企业自行开展周期性的培训工作；电化教学：缺乏双向交流.教学手段单一，教学效果一般，很多场面无法真正实现。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，它融合了数字图像处理、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，人机交互是和谐友好的。它能够创建与现实社会类似的环境，从而能够解决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巨大的应用前景，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应用前景的“明星”技术。使用计算机虚拟现实仿真技术构建矿井生产仿真系统能极大地提高安全培训的成效，意义重大。竭矿井爆生产调仿真混系统谷总体规设计岂和具矛体内护容套根据牵生产具实际劣和教群学培秧训的柔需要愁，白我们号对矿培井生获产系戒统进薪行认蛋真分钩析，长结合群虚拟仆现实没技术趋，很建立折了赖煤矿罢生产叫（采侨煤、燥运输吩、通灶风、额排水蕉）仿呆真尘仿真垄系统险，其倾结构痰图如嫂下图下所示释。矿井安全矿井安全火灾避灾水灾避灾反风系统设备展示通风系统采煤机液压支架生产系统综采工作面运煤系统排水系统动力系统矿井生产仿真系统矿井漫游入井井底车场大巷上下山移动变电站宰图1杆期煤矿耳矿井薄生产密仿真际系统尝总体齿结构辛图元(做Fi晃gu脏re锁1歌So邀ft异wa狼re奖a弟rc哭hi振te熄ct贴ur誓e惊f狮or威t次he骑织Mi贩ne设P催ro伴du请ct瘦io凭n最Si权mu鼓la嫩ti篇on派S舟ys矩te茧m罪)畅我们阶对煤锣矿井店下各肿种机秩电设没备、搭巷道壶、采考煤工颂作面嫌以及发虚拟细矿工也进行谁三维枣建模漫，利符用键起盘控祸制虚付拟矿执工进详行行化走，暑从地芬面入月井开泥始，换坐罐旱笼下月井，迟进入非井底净车场曾，对猪井底截车场鸣中中仇央泵间房和嫁中央暗变电尝所进却行逼北真模复拟，夹虚拟纲人物虏可以据在井白底车应场漫涂游，聪看到谜各种友设备乘和设劲施婆。同浪样的捏反方陶法对茫大巷烈、上塌下山避、机特巷、载风巷招和综王采工友作面车进行耀漫游声，特睁别是谦在综肉采工比作面轮，对宪采煤辞过程候进行央仿真历，按渴照采粱煤工判艺要靠求，潜虚拟伍矿工惧可以蜜操纵狐采煤气机进胜行滚敌筒转偷动、息采煤每机移孤动和午采煤夫机摇鲜臂反珍转，符看到算采煤闭机割漫煤、静落煤盒和刮汤板输呢送机串运煤轨的逼梦真场目面。弟对于危综采赤工作民面的泡支护益也进原行了私仿真相，操淘作者踢可以齐操纵仿综采秧工作捕面的丧液压饱支架监完成描降架耻、移盛架、秆升架妈和推乌溜的门整个菠操作钳过程绘。进学入每形个场据景，顷还加抓有语恳音介把绍和沉安全僵提示涛。籍除了刑上述该功能变之外更，我颜们考筛虑到予教学赶需要隶，对拉通风铲路线网，排惠水路轮线、铺运煤中路线盛和各墙种灾伶害逃蜜生路出线也缘进行杆了模肾拟仿晒真。辈整个搁系统禽是基睡于b怜/s亲结构逮，利领用浏克览器失打开贱运行抓，但乔浏览凑器要锹安装恰相应料的虚泊拟现称实播颈放插阅件。乳3、惩矿井猾生产德仿真沈系统捡实现秧方法窃要实缩现一拦个逼贱真的罚三维脏矿井某生产叶仿真借系统商，首软先需勇要对咳矿井托中用把到的我设备驾、设矛施及畅场景娘、人估物角紫色等刺进行宣三维悠建模艇，要括想使拦得模米型逼牙真程寿度较垄高，虑就要音对建御立的挣三维丑模型林进行或贴图茅和渲割染；复为了耀完成为交互屈动作役和实肥时渲究染，识以及信仿真诊系统加的整馅合，剩要进墨行交岭互设鱼计。缎3燕.表1返辟实现念技术找方案毒选择茅目前帖，在拜仿真刑系统妨设计私中，扩普遍锋采用裙的技苏术方增案有疮三维泄建模夕、模花型渲全染、终交互谨动作扔设计鲁和系中统整总合几岸个关悄键步搅骤。树三维葵建模象选用团的开尖发工擦具有歌3D冈S筋Ma禽x、贸Ma夕ya湖、V语RM庸L语减言等林，渲奏染模兴型主锈要是夹通过细以上还工具详给模怕型加颤入贴孩图以凉及灯嘴光光宴线，乓来增照加模皇型的飘逼真缘程度覆，交搞互动尘作设床计和话系统逮整合涌采用慌的有吹VC烤++晋编程姑调用柄Op唱en跌GL检、D培ir辰ec延tX彩等进纵行，搂或者桥采用沈VR建ML炕语言陷直接萍开发浩，也布可以件用利套用开作发工亏具引挑擎来洪进行车，实扣际这孤些引毅擎也概是利清用上么面语与言编堂写而宗成，影只是青我们祥直接环可以杆利用贝已经丛编好扰的存摄入开玻发引朋擎中旬的类刻，不谦用我船们从施头开莫始编住写，消这些判工具谢有V治eg扎a、残Vi勺rt榜oo角ls针等漫，我仿们经抚过认薄真的歪技术循分析吵采用剂3D坝S杏Ma析x、筑Ma跪ya头进怕行建临模和嚼渲染什，利手用V戚ir坑to帽ol群s进壳行实邀时渲血染、丽交互级动作铜设计键和系误统整顽合。馋3屿.2败薯Vi相rt萄oo坐ls肆D顽EV船开发滴工具强简介醋Vi滨rt愁oo搬ls盗D洋ev税是一宰套整阴合软增件，希它是匆由法础国V吴ir滤to贝ol借s公面司开臭发，伍可以碍将现智有常贵用的糊文件眉格式罗整合脖在一豪起，只如3究D模来型、麦2D雁图形刮或是搂声音利文件米。V葬ir捆to外ol算s宣De厌v不柔是3底D引霉擎，务它是糠一套围具备世丰富么的互怠动行半为模槽块的袋实时彩3D休环境世虚拟皱现实纳编辑恋软件望，可红以制茂作不食同用朗途的丹3D菌产品杏，如吓网站宁、计胸算机夫游戏悉、多记媒体株课件染、建衰筑设午计、米交互屑式电咏视节剥目、沟教育躬训练液、仿睛真和慨产品允展示小等。郑Vi忧rt沾oo顿ls腊D贝ev扬除了祥具有访编辑绍制作夹的界援面外齿，也模包含明了S高DK陈，可器以供暂程序葡设计凑人员绑开发忠新的仁功能福、新相的硬握件驱其动程籍序或盛是将处内容守编译厚成执株行文劝件。研Vi近rt幸oo袭ls滤D罗ev希最大那的特府色就声是它壶的傍“指互动借行为倦模块拼”慰（历Be养ha辱vi厘or惯B剧ui嗽ld阀in旗g钥Bl竭oc股k尊），罗它可到以象爷堆积呢木一蹄样，每利用惕鼠标慧拖放奥方式际将互拆动行开为模民块赋圈予在蛮适当糖的对唱象和堡角色膏上，失以流膜程图除的方筑式决谋定行居为模珍块的施处理业顺序羞，逐偿渐编袜辑合翅成一攻个完胆整的歉交互炉式虚遗拟世舌界。经Vi姨rt派oo源ls获D枪ev奇拥有签超过宇50那0个霸以上合的可浮供使丢用，养经由唉编辑述后的层互动密模块懂群可将以组泡合成稀一个弟新的谦单一育互动离模块被以方嫁便重尿复使障用。单3竟.位3纽开发藏过程偷中需拣要注意意的华几个轮问题眨主要烘讨论龄一下惹开发高工具细对模诸型的纷要求免、模粪型转泡换，帖并以适几个穗关键渐技术嫁为例变，说罚明一龟下交式互的搜设计叛过程趣。在绍模型尤制作转技巧于方面霸，需再要注卡意终尽量抢减少居面数立，嚷贴图蜡精细陡度的堤分配鸟也应伴该照箭面数惜控制援的原乓则来殃分配须，又欧大又啦经常永看到左的对讽象就艳应贴航较细太致的暴贴图竖，又盐小、录出现神时间庸又不梢长的爹角色以贴图爪只要穗看来照不失碌真就愧可以械了，摆但最凝高原根则就欠是要塑维持曲画面脚的统爆一性亮，也搞就是逝每个由对象检从画拿面上军看起寺来都建能维丛持相完同的慢画质萄，所葬以在剃面数昆与贴屿图的件控制议是需畏要相超当的娱技巧抵与经甲验的始。察3台.压4泪开发唉成果搏展示衡图足2技漫游互者在畏中央籍变电野所漫尼游直(扎Fi倘gu依re毁科2弃T恋he熟w亩or尚ke榆r饺ro遭am文s译in统t别he圈c栽en林te街r铸tr哨an毯sf以or氧me勺r亦su旅bs凭ta称ti覆on谢)览图芹3卷综开采工项作面循场景落(壁Fi驻gu负re孕脱3冠th绢e册sc伯en朴e其of办那Fu摘ll点y块Me汪ch列an欺iz扣ed纹C炸oa监lf冠ac县e厘)饶结束骨语运我们绍利用床3D市S晓Ma祖x、鼓Ma滨ya惑进行语三维膊模型焦建模开、贴批图和鞋渲染状，利叛用V狱ir嫌to桂ol培s湖DE西V进帮行交想互设固计和肤整合罢，在叫较短有时间侧内开顿发了千一个你较为桨完整洒的矿祖井生自产仿季真系朴统，庸给大稳家提既供了附一个绪虚拟纷现实选仿真删软件粪实现悬的较嫁为简窄便的进方法吐，对勤开发谦人员熟编程腔要求役相对慰较低陪，适翅用于痛现场柜技术编人员萌使用机。积参考达文献毙：救[1休]续史隐先焘割.惧虚羊拟仿妻真技普术在袖煤矿字安全步培训建中的真应用妥.疼中国鹊矿业坊.肉2来00符5.负9垃,挪14在(9傻）.却7候9-握80泛.味[2确]肆李勺敏砖陈威断兵.抱虚虚拟现宰实技古术对佳传统唉教学秆的影躲响.拦《斜教育烫技术惨研究块》.证挣20仙03躬.3侮[3庸]渴ht屡tp因:/君/w也ww弯.v仓ir疤to状ol柱s.劝co惩m/齿so印lu鹊ti乘on鼠s/恋pr僚od啦uc吗ts乎/v趴ir全to控ol侦s_仓de昨v_玻ne姑w3查_5趟.a撑sp翻[4净]逝礼Vi剂rt爆oo饶ls默公司韵毒Vi排rt饼oo状ls困软件坟用户拘培训塔手册顷死[5滋]焦刘特明昆狐，三耕维游碗戏设莲计师麦宝典性—但Vi胶rt叉oo肥ls昌开