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

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：本文從煤炭安全生產(chǎn)形勢和傳統(tǒng)培訓(xùn)教學(xué)方式存在缺陷入手，引入了虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用研究的重大意義。并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、開發(fā)工具選擇，并對(duì)具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行的描述，介紹了利用3DSMax、Maya進(jìn)行三維模型建模、貼圖和渲染，利用VirtoolsDEV進(jìn)行交互設(shè)計(jì)和整合，在較短時(shí)間內(nèi)開發(fā)了一個(gè)較為完整的礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)，給大家提供了一個(gè)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)礦井仿真煤礦安全培訓(xùn)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、引言煤礦生產(chǎn)是在復(fù)雜的自然條件下從事煤炭開采，五大自然災(zāi)害時(shí)刻威脅著煤礦的安危。煤礦災(zāi)害事故還不能得到有效的控制，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。事故發(fā)生原因有煤礦生產(chǎn)自然條件和人的安全意識(shí)行為兩個(gè)方面的原因，但主要根源在于職工的安全意識(shí)淡漠和安全技能素質(zhì)低下。面對(duì)嚴(yán)峻的煤礦安全形勢（已引起黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視），目前急需加大科技投入，改變煤礦的不安全狀況。要按照國家有關(guān)法律法規(guī)對(duì)職工的生產(chǎn)行為進(jìn)行規(guī)范，加強(qiáng)煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)工作，強(qiáng)化職工安全意識(shí)。礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)開發(fā)，主要是為提高職工安全培訓(xùn)效果，是整個(gè)學(xué)習(xí)培訓(xùn)過程更加生動(dòng)有效。目前我國煤礦行業(yè)安全培訓(xùn)模式和培訓(xùn)手段仍然處于落后狀態(tài)，沒能跟上科技進(jìn)步的步伐。培訓(xùn)手段是決定教學(xué)效果的重要因素，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式存在的缺陷：課堂理論教學(xué)：內(nèi)容抽象、枯燥、理論與現(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))：成本高.教學(xué)效果不明顯.不易于煤礦企業(yè)自行開展周期性的培訓(xùn)工作；電化教學(xué)：缺乏雙向交流.教學(xué)手段單一，教學(xué)效果一般，很多場面無法真正實(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)，它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)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)交互是和諧友好的。它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會(huì)類似的環(huán)境，從而能夠解決學(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)有著極其巨大的應(yīng)用前景，可以預(yù)言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的“明星”技術(shù)。使用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)構(gòu)建礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)能極大地提高安全培訓(xùn)的成效，意義重大。竭礦井爆生產(chǎn)調(diào)仿真混系統(tǒng)谷總體規(guī)設(shè)計(jì)豈和具矛體內(nèi)護(hù)容套根據(jù)牽生產(chǎn)具實(shí)際劣和教群學(xué)培秧訓(xùn)的柔需要愁，白我們號(hào)對(duì)礦培井生獲產(chǎn)系戒統(tǒng)進(jìn)薪行認(rèn)蛋真分鉤析，長結(jié)合群虛擬仆現(xiàn)實(shí)沒技術(shù)趨，很建立折了賴煤礦罷生產(chǎn)叫（采僑煤、燥運(yùn)輸吩、通灶風(fēng)、額排水蕉）仿呆真塵仿真壟系統(tǒng)險(xiǎn)，其傾結(jié)構(gòu)痰圖如嫂下圖下所示釋。礦井安全礦井安全火災(zāi)避災(zāi)水災(zāi)避災(zāi)反風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備展示通風(fēng)系統(tǒng)采煤機(jī)液壓支架生產(chǎn)系統(tǒng)綜采工作面運(yùn)煤系統(tǒng)排水系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)礦井漫游入井井底車場大巷上下山移動(dòng)變電站宰圖1桿期煤礦耳礦井薄生產(chǎn)密仿真際系統(tǒng)嘗總體齒結(jié)構(gòu)辛圖元(做Fi晃gu臟re鎖1歌So邀ft異wa狼re獎(jiǎng)a弟rc哭hi振te熄ct貼ur誓e驚f獅or威t次he騎織Mi販ne設(shè)P催ro伴du請(qǐng)ct瘦io憑n最Si權(quán)mu鼓la嫩ti篇on派S舟ys矩te繭m罪)暢我們階對(duì)煤鑼礦井店下各腫種機(jī)秩電設(shè)沒備、搭巷道壺、采考煤工頌作面嫌以及發(fā)虛擬細(xì)礦工也進(jìn)行誰三維棗建模漫，利符用鍵起盤控禍制虛付擬礦執(zhí)工進(jìn)詳行行化走，暑從地芬面入月井開泥始，換坐罐旱籠下月井，遲進(jìn)入非井底凈車場曾，對(duì)豬井底截車場鳴中中仇央泵間房和嫁中央暗變電嘗所進(jìn)卻行逼北真模復(fù)擬，夾虛擬綱人物虜可以據(jù)在井白底車應(yīng)場漫涂游，聰看到謎各種友設(shè)備乘和設(shè)勁施婆。同浪樣的捏反方陶法對(duì)茫大巷烈、上塌下山避、機(jī)特巷、載風(fēng)巷招和綜王采工友作面車進(jìn)行耀漫游聲，特睜別是謙在綜肉采工比作面輪，對(duì)憲采煤辭過程候進(jìn)行央仿真歷，按渴照采粱煤工判藝要靠求，潛虛擬伍礦工懼可以蜜操縱狐采煤氣機(jī)進(jìn)勝行滾敵筒轉(zhuǎn)偷動(dòng)、息采煤每機(jī)移孤動(dòng)和午采煤夫機(jī)搖鮮臂反珍轉(zhuǎn)，符看到算采煤閉機(jī)割漫煤、靜落煤盒和刮湯板輸呢送機(jī)串運(yùn)煤軌的逼夢真場目面。弟對(duì)于危綜采赤工作民面的泡支護(hù)益也進(jìn)原行了私仿真相，操淘作者踢可以齊操縱仿綜采秧工作捕面的喪液壓飽支架監(jiān)完成描降架恥、移盛架、稈升架媽和推烏溜的門整個(gè)菠操作鉗過程繪。進(jìn)學(xué)入每形個(gè)場據(jù)景，頃還加抓有語懇音介把紹和沉安全僵提示濤。籍除了刑上述該功能變之外更，我顏們考篩慮到予教學(xué)趕需要隸，對(duì)拉通風(fēng)鏟路線網(wǎng)，排惠水路輪線、鋪運(yùn)煤中路線盛和各墻種災(zāi)伶害逃蜜生路出線也緣進(jìn)行桿了模腎擬仿曬真。輩整個(gè)擱系統(tǒng)禽是基睡于b憐/s親結(jié)構(gòu)逮，利領(lǐng)用瀏克覽器失打開賤運(yùn)行抓，但喬瀏覽湊器要鍬安裝恰相應(yīng)料的虛泊擬現(xiàn)稱實(shí)播頸放插閱件。乳3、懲礦井猾生產(chǎn)德仿真沈系統(tǒng)撿實(shí)現(xiàn)秧方法竊要實(shí)縮現(xiàn)一攔個(gè)逼賤真的罰三維臟礦井某生產(chǎn)葉仿真借系統(tǒng)商，首軟先需勇要對(duì)咳礦井托中用把到的我設(shè)備駕、設(shè)矛施及暢場景娘、人估物角紫色等刺進(jìn)行宣三維悠建模艇，要括想使攔得模米型逼牙真程壽度較壟高，慮就要音對(duì)建御立的掙三維丑模型林進(jìn)行或貼圖茅和渲割染；復(fù)為了耀完成為交互屈動(dòng)作役和實(shí)肥時(shí)渲究染，識(shí)以及信仿真診系統(tǒng)加的整餡合，剩要進(jìn)墨行交嶺互設(shè)魚計(jì)。緞3燕.表1返辟實(shí)現(xiàn)念技術(shù)找方案毒選擇茅目前帖，在拜仿真刑系統(tǒng)妨設(shè)計(jì)私中，擴(kuò)普遍鋒采用裙的技蘇術(shù)方增案有瘡三維泄建模夕、模花型渲全染、終交互謹(jǐn)動(dòng)作扔設(shè)計(jì)魯和系中統(tǒng)整總合幾岸個(gè)關(guān)悄鍵步攪驟。樹三維葵建模象選用團(tuán)的開尖發(fā)工擦具有歌3D岡S筋Ma禽x、貿(mào)Ma夕ya湖、V語RM庸L語減言等林，渲奏染模興型主銹要是夾通過細(xì)以上還工具詳給模怕型加顫入貼孩圖以涼及燈嘴光光宴線，乓來增照加?；市偷娘h逼真緣程度覆，交搞互動(dòng)塵作設(shè)床計(jì)和話系統(tǒng)逮整合涌采用慌的有吹VC烤++晉編程姑調(diào)用柄Op唱en跌GL檢、D培ir辰ec延tX彩等進(jìn)縱行，摟或者橋采用沈VR建ML炕語言陷直接萍開發(fā)浩，也布可以件用利套用開作發(fā)工虧具引挑擎來洪進(jìn)行車，實(shí)扣際這孤些引毅擎也概是利清用上么面語與言編堂寫而宗成，影只是青我們祥直接環(huán)可以桿利用貝已經(jīng)叢編好擾的存攝入開玻發(fā)引朋擎中旬的類刻，不謙用我船們從施頭開莫始編住寫，消這些判工具謝有V治eg扎a、殘Vi勺rt榜oo角ls針等漫，我仿們經(jīng)撫過認(rèn)薄真的歪技術(shù)循分析吵采用劑3D壩S杏Ma析x、筑Ma跪ya頭進(jìn)怕行建臨模和嚼渲染什，利手用V戚ir坑to帽ol群s進(jìn)殼行實(shí)邀時(shí)渲血染、麗交互級(jí)動(dòng)作銅設(shè)計(jì)鍵和系誤統(tǒng)整頑合。饞3嶼.2敗薯Vi相rt萄oo坐ls肆D頑EV船開發(fā)滴工具強(qiáng)簡介醋Vi濱rt愁oo搬ls盜D洋ev稅是一宰套整陰合軟增件，希它是匆由法礎(chǔ)國V吳ir濾to貝ol借s公面司開臭發(fā)，伍可以礙將現(xiàn)智有常貴用的糊文件眉格式羅整合脖在一豪起，只如3究D模來型、麥2D雁圖形刮或是摟聲音利文件米。V葬ir捆to外ol算s宣De厭v不柔是3底D引霉擎，務(wù)它是糠一套圍具備世豐富么的互怠動(dòng)行半為模槽塊的袋實(shí)時(shí)彩3D休環(huán)境世虛擬皺現(xiàn)實(shí)納編輯戀軟件望，可紅以制茂作不食同用朗途的丹3D菌產(chǎn)品杏，如嚇網(wǎng)站寧、計(jì)胸算機(jī)夫游戲悉、多記媒體株課件染、建衰筑設(shè)午計(jì)、米交互屑式電詠視節(jié)剝目、溝教育躬訓(xùn)練液、仿睛真和慨產(chǎn)品允展示小等。鄭Vi憂rt沾oo頓ls臘D貝ev揚(yáng)除了祥具有訪編輯紹制作夾的界援面外齒，也模包含明了S高DK陳，可器以供暫程序葡設(shè)計(jì)湊人員綁開發(fā)忠新的仁功能福、新相的硬握件驅(qū)其動(dòng)程籍序或盛是將處內(nèi)容守編譯厚成執(zhí)株行文勸件。研Vi近rt幸oo襲ls濾D羅ev希最大那的特府色就聲是它壺的傍“指互動(dòng)借行為倦模塊拼”慰（歷Be養(yǎng)ha辱vi厘or慣B劇ui嗽ld閥in旗g鑰Bl竭oc股k尊），羅它可到以象爺堆積呢木一蹄樣，每利用惕鼠標(biāo)慧拖放奧方式際將互拆動(dòng)行開為模民塊賦圈予在蠻適當(dāng)糖的對(duì)唱象和堡角色膏上，失以流膜程圖除的方筑式?jīng)Q謀定行居為模珍塊的施處理業(yè)順序羞，逐償漸編襪輯合翅成一攻個(gè)完膽整的歉交互爐式虛遺擬世舌界。經(jīng)Vi姨rt派oo源ls獲D槍ev奇擁有簽超過宇50那0個(gè)霸以上合的可浮供使丟用，養(yǎng)經(jīng)由唉編輯述后的層互動(dòng)密模塊懂群可將以組泡合成稀一個(gè)弟新的謙單一育互動(dòng)離模塊被以方嫁便重尿復(fù)使障用。單3竟.位3紐開發(fā)藏過程偷中需揀要注意意的華幾個(gè)輪問題眨主要烘討論齡一下惹開發(fā)高工具細(xì)對(duì)模諸型的紛要求免、模糞型轉(zhuǎn)泡換，帖并以適幾個(gè)穗關(guān)鍵漸技術(shù)嫁為例變，說罰明一龜下交式互的搜設(shè)計(jì)叛過程趣。在紹模型尤制作轉(zhuǎn)技巧于方面霸，需再要注卡意終盡量搶減少居面數(shù)立，嚷貼圖蠟精細(xì)陡度的堤分配鳥也應(yīng)伴該照箭面數(shù)惜控制援的原乓則來殃分配須，又歐大又啦經(jīng)常永看到左的對(duì)諷象就艷應(yīng)貼航較細(xì)太致的暴貼圖豎，又鹽小、錄出現(xiàn)神時(shí)間庸又不梢長的爹角色以貼圖爪只要穗看來照不失碌真就愧可以械了，擺但最凝高原根則就欠是要塑維持曲畫面腳的統(tǒng)爆一性亮，也搞就是逝每個(gè)由對(duì)象檢從畫拿面上軍看起寺來都建能維叢持相完同的慢畫質(zhì)萄，所葬以在剃面數(shù)昆與貼嶼圖的件控制議是需畏要相超當(dāng)?shù)膴始记傻峙c經(jīng)甲驗(yàn)的始。察3臺(tái).壓4淚開發(fā)唉成果搏展示衡圖足2技漫游互者在畏中央籍變電野所漫尼游直(扎Fi倘gu依re毀科2棄T戀he熟w畝or尚ke榆r餃ro遭am文s譯in統(tǒng)t別he圈c栽en林te街r鑄tr哨an毯sf以or氧me勺r亦su旅bs憑ta稱ti覆on謝)覽圖芹3卷綜開采工項(xiàng)作面循場景落(壁Fi駐gu負(fù)re孕脫3冠th絹e冊sc伯en樸e其of辦那Fu摘ll點(diǎn)y塊Me汪ch列an欺iz扣ed紋C炸oa監(jiān)lf冠ac縣e厘)饒結(jié)束骨語運(yùn)我們紹利用床3D市S曉Ma祖x、鼓Ma濱ya惑進(jìn)行語三維膊模型焦建模開、貼批圖和鞋渲染狀，利叛用V獄ir嫌to桂ol培s湖DE西V進(jìn)幫行交想互設(shè)固計(jì)和膚整合罷，在叫較短有時(shí)間側(cè)內(nèi)開頓發(fā)了千一個(gè)你較為槳完整灑的礦祖井生自產(chǎn)仿季真系樸統(tǒng)，庸給大穩(wěn)家提既供了附一個(gè)緒虛擬紛現(xiàn)實(shí)選仿真刪軟件糞實(shí)現(xiàn)懸的較嫁為簡窄便的進(jìn)方法吐，對(duì)勤開發(fā)謙人員熟編程腔要求役相對(duì)慰較低陪，適翅用于痛現(xiàn)場柜技術(shù)編人員萌使用機(jī)。積參考達(dá)文獻(xiàn)斃：救[1休]續(xù)史隱先燾割.懼虛羊擬仿妻真技普術(shù)在袖煤礦字安全步培訓(xùn)建中的真應(yīng)用妥.疼中國鵲礦業(yè)坊.肉2來00符5.負(fù)9垃,挪14在(9傻）.卻7候9-握80泛.味[2確]肆李勺敏磚陳威斷兵.抱虛虛擬現(xiàn)宰實(shí)技古術(shù)對(duì)佳傳統(tǒng)唉教學(xué)稈的影躲響.攔《斜教育燙技術(shù)慘研究塊》.證掙20仙03躬.3侮[3庸]渴ht屢tp因:/君/w也ww彎.v倉ir疤to狀ol柱s.勸co懲m/齒so印lu鵲ti乘on鼠s/戀pr僚od啦uc嗎t(yī)s乎/v趴ir全to控ol偵s_倉de昨v_玻ne姑w3查_5趟.a撐sp翻[4凈]逝禮Vi劑rt爆oo饒ls默公司韻毒Vi排rt餅oo狀ls困軟件墳用戶拘培訓(xùn)塔手冊頃死[5滋]焦劉特明昆狐，三耕維游碗戲設(shè)蓮計(jì)師麥寶典性—但Vi膠rt叉oo肥ls昌開