5煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)27

1、20212021年年1111月月2 2日日主主 要要 內內 容容一、引言一、引言二、模塊設計二、模塊設計三、工具軟件簡介三、工具軟件簡介四、系統(tǒng)開發(fā)過程四、系統(tǒng)開發(fā)過程五、結束語五、結束語一、引言一、引言1.數(shù)字礦山數(shù)字礦山2. 虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實1. 數(shù)字礦山數(shù)字礦山一、引言一、引言u 1998年美國前副總統(tǒng)戈爾在美國加利福尼亞科學中心發(fā)表了題為：“數(shù)字地球：21世紀認識地球的方式”的講演，提出了“數(shù)字地球”概念，引起了科學界的廣泛關注。u數(shù)字礦山作為數(shù)字地球、數(shù)字中國的一個重要組成部分，也在中國的采礦業(yè)中發(fā)揮著越來越大的作用。u數(shù)字礦山是在統(tǒng)一的時空框架下，對真實礦山整體及其相關現(xiàn)象的統(tǒng)一理

2、解、表達與數(shù)字化再現(xiàn)，是數(shù)字礦區(qū)和數(shù)字中國的一個重要組成部分。2. 虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實一、引言一、引言u虛擬現(xiàn)實，也稱虛擬實境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，它利用計算機技術生成一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數(shù)字化人機接口技術。u自從虛擬現(xiàn)實技術誕生以來，它已經(jīng)在軍事模擬、先進制造、城市規(guī)劃/地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學生物等領域中顯示出巨大的經(jīng)濟、軍事和社會效益。u將虛擬現(xiàn)實技術運用到煤礦生產(chǎn)中無疑具有非常重要的意義，本文運用Maya和Virtools的強

3、大功能實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真和漫游。二、模塊設計二、模塊設計煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(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、開發(fā)工具簡介三、開發(fā)工具簡介1. Maya2. Virtools1. Maya簡介簡介三、開發(fā)工具簡介三、開發(fā)工具簡介uMaya是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，應用對象是專業(yè)的影視廣告，角色動畫，電影特技等。Maya功能完善，工作靈活，易學易用，制作效率極高，渲染真實感極強，是電影級別的高端制作軟件。uMaya 集成了Alias/Wavefront 最先進的動畫及數(shù)字效果技術。它不僅包括一般三維和視覺效果制

4、作的功能，而且還與最先進的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運動匹配技術相結合。2. Virtools簡介簡介三、開發(fā)工具簡介三、開發(fā)工具簡介uVirtools軟件是一款多功能的三維開發(fā)軟件，由開發(fā)模塊、生成模塊和發(fā)布模塊組成。u開發(fā)模塊包括創(chuàng)作應用程序和軟件開發(fā)工具包。uVirtools Dev是創(chuàng)作應用程序的主要部分，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一套具有豐富互動行為模組的即時3D環(huán)境虛擬現(xiàn)實與多媒體互動編輯軟件u互動行為模組可利用Drag & Drop拖放的方式將互動行為模組賦予適當?shù)奈锛蚪巧蟅irtools的執(zhí)行流程 動態(tài)

5、計算 處理行為模組 聲音 場景著色四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程1. 搜集整理資料搜集整理資料2. 系統(tǒng)場景模型建立系統(tǒng)場景模型建立3. 系統(tǒng)場景整合系統(tǒng)場景整合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、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)非常復雜，各個環(huán)節(jié)緊密相連，為了真實的體現(xiàn)生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)并且突出重點，必須在開發(fā)前以及開發(fā)的過程中根據(jù)需要進行必要的資料搜集u資料主要包括圖片、數(shù)據(jù)、視頻等。只有在對資料進行認真研究的基礎上才能使仿真場景和實際現(xiàn)場相接近。同時積極的現(xiàn)場觀察也是非常必要的。2. 系統(tǒng)場景模型的建立系統(tǒng)場景模型的建立四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u場景模型是整個虛擬現(xiàn)實系

6、統(tǒng)最直觀的部分，場景模型的好壞直接關系到軟件運行的快慢和逼真度。u由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要求計算機實時計算場景中的所有多邊形數(shù)據(jù)，因此在模型建立的過程中應該在保證場景不失真的前提下力求線條的簡約化，應盡量選擇多邊形建模方法。u在建模的過程中還要注意詳略得當，達到有效利用計算機的內存和CPU進行實時交互。2. 系統(tǒng)場景模型的建立系統(tǒng)場景模型的建立四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u場景模型是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最直觀的部分，場景模型的好壞直接關系到軟件運行的快慢和逼真度。u由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要求計算機實時計算場景中的所有多邊形數(shù)據(jù)，因此在模型建立的過程中應該在保證場景不失真的前提下力求線條的簡約化，應盡量選擇多邊形建

7、模方法。u在建模的過程中還要注意詳略得當，達到有效利用計算機的內存和CPU進行實時交互。2. 系統(tǒng)場景模型的建立系統(tǒng)場景模型的建立四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u礦山生產(chǎn)系統(tǒng)是一個非常大的場景，因此在建模的過程中作者采用先分別建模最后集中導入的方式。u在建模的過程中還要嚴格的控制模型比例使其符合真實情況。u模型及場景建立完成以后，給模型的表面加上各種材質并進行紋理貼圖。u把初步建成的模型導入到Virtools中進行檢驗，對不正確和不美觀的部分進行不斷的修改。u最終利用Virtools Export Plugins插件導出。部分場景分別如圖2-圖7所示。地面生產(chǎn)系統(tǒng)地面生產(chǎn)系統(tǒng) 調度生產(chǎn)監(jiān)控中心四、開

8、發(fā)過程四、開發(fā)過程中央變電所 煤炭運輸3. 系統(tǒng)場景模型的整合系統(tǒng)場景模型的整合四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u將從Maya中導出的（*.nmo）文件用Virtools打開，為他們加上各種控制和燈光。u在Virtools中，場景三維模型的控制是依靠Virtools內置行為模塊（Building Block）實現(xiàn)的。uVirtools有600多個BB可供使用，能夠對場景模型進行各種基本操作如：大小變化，平移，旋轉，縮放，顏色變化，光線變化，三維貼圖等，復雜操作如投影，行走，奔跑，后退等。3. 系統(tǒng)場景模型的整合系統(tǒng)場景模型的整合四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u實現(xiàn)對三維編輯區(qū)中的模型進行控制，一種方法就是直

9、接調用行為模塊庫中的內置BuildingBlocks，一種是使用C+進行手工編寫B(tài)uildingBlocks。前者簡單方便，后者比較靈活。u點擊 DataResource(數(shù)據(jù)資源庫)，選擇 Animations(行為動作)類中的行為，用鼠標點擊所要的動作行為并拖到編輯區(qū)中的角色身上，并在Schematic(腳本流程圖)中運用行為交互模塊庫中的行為模塊編輯角色相應的腳本，這樣就形成了3D交互動畫。3. 系統(tǒng)場景模型的整合系統(tǒng)場景模型的整合四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u經(jīng)過以上過程的設置后，便可以將諸如液壓支架的升降、移架過程、采煤機割煤方式、煤炭運輸方式等一系列的生產(chǎn)細節(jié)生動逼真的展現(xiàn)出來。u為了

10、更好的實現(xiàn)漫游效果，在系統(tǒng)中增添了一個虛擬人物角色，并將攝像機以第三人稱跟隨的方式進行設置，這樣就可以讓操作者產(chǎn)生如身臨其境的感覺。四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程4. 成品的發(fā)布成品的發(fā)布四、開發(fā)過程四、開發(fā)過程u煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)制作完畢后，可以直接將整個作品以CM0文件格式保存，在需要的時候可以在進行修改和編輯，但是這種情況保存的文件只有載入Virtools才可進行單機的展示操作；u還可以把整個作品以VMO文件格式保存?zhèn)鞑セ蛘甙l(fā)布到網(wǎng)絡上，這種情況只要客戶端安裝了VirtoolsWebPlaver播放插件，就可以進行交互操作；u利用編程的方法，結合virtools提供的sdk開發(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平臺直接運行。五、結束語五、結束語u傳統(tǒng)的教學模式以及工人崗前培訓模式多為通過文字和圖片相結合的方式進行講解，這種