基于3dmax和premier的煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

基于3dmax和premier的煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

目前，煤礦安全培訓(xùn)的途徑主要包括三種類型：灌溉教育、案例教育、討論教育和綜合教育。傳統(tǒng)的灌輸式培訓(xùn)方式耗時較長,由于礦工的文化程度低、素質(zhì)不高,吸收知識的能力差,效果不好,已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代煤炭企業(yè)管理的需要。針對目前煤礦工人安全培訓(xùn)存在的問題,開發(fā)了基于3DMAX和Premiere的煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用3DMAX和Premiere來制作動畫視頻,利用三維動畫的方式來還原煤礦設(shè)備的使用方法、環(huán)境以及安全事故發(fā)生的環(huán)境、過程,用于對煤礦工人進(jìn)行安全培訓(xùn),對煤礦工人起動警示作用。該系統(tǒng)不受時間和地點的約束,礦工可以隨時隨地的進(jìn)行學(xué)習(xí),可以節(jié)省很多時間和人力資源。1系統(tǒng)原型介紹1.13d干部教育的產(chǎn)品屬性3DMAX是Autodesk公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。廣泛用于廣告、游戲、影視、建筑設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、三維動畫、多媒體制作、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。3DMAX有著非常好的性能價格比,它所提供的強(qiáng)大的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它自身低廉的價格;而且,它對硬件系統(tǒng)的要求相對來說也比較低,一般普通的配置就可以滿足工作、學(xué)習(xí)的需求;上手容易。3DMAX的制作流程十分簡潔、高效,只要思路清晰上手是十分容易的;使用者多、便于交流。1.2v-4-3da-roV-Ray渲染器作為3DMAX軟件的一個插件,現(xiàn)在已經(jīng)完全融入到3DMAX軟件系統(tǒng)中。V-Ray渲染器結(jié)合了光線跟蹤和光能傳遞,其真實的光線計算創(chuàng)建了專業(yè)的照明效果,通常用來渲染一些特殊的效果。V-Ray渲染器以其精確的光影跟蹤、專業(yè)的照明系統(tǒng)、良好的易用性和兼容性以及快速的渲染速度稱為目前業(yè)界內(nèi)最受歡迎的渲染引擎。1.3與其它軟件的合作Premiere由Adobe公司推出,是一款常用的視頻編輯軟件,一款編輯畫面質(zhì)量比較好的軟件,有較好的兼容性,且可以與Adobe公司推出的其他軟件相互協(xié)作。Premiere不僅支持流行的多種媒體格式,而且操作簡便,制作特效、設(shè)置轉(zhuǎn)場和添加字幕都非常方便,利用這一軟件可以很好的進(jìn)行視頻和音頻的處理,目前廣泛應(yīng)用于廣告制作和電視節(jié)目制作中。2d干部視頻模擬建?；?DMAX和Premiere的煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)的總體流程圖如圖1。從圖1中可以看出,整個煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)主要采用3DMAX進(jìn)行煤礦場景以及設(shè)備的建模工作,用V-Ray渲染器將建立好的模型輸出為合成視頻所需要的一定分辨率和格式的素材,然后使用Premiere軟件將這些渲染好的素材以及根據(jù)腳本錄制好的音頻、背景音樂、文字等合成三維動畫,并輸出視頻。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬煤礦設(shè)備的使用方法以及災(zāi)難發(fā)生的過程,用于對礦工進(jìn)行安全培訓(xùn),確保礦工的人身和財產(chǎn)安全。3培訓(xùn)和煤炭安全培訓(xùn)3.1兩.4使用雙邊建模并進(jìn)行多次利用模型建立是該系統(tǒng)的基礎(chǔ),它可以根據(jù)現(xiàn)實世界的真實物體來創(chuàng)建虛擬的物體,該系統(tǒng)根據(jù)在煤礦里拍攝的設(shè)備和場景照片,采用3DMAX來構(gòu)件模型并賦予V-Ray材質(zhì)。構(gòu)建模型時要保證虛擬場景與現(xiàn)實場景相同、虛擬場景中的設(shè)備也要和現(xiàn)實場景中的相同,而且物體或者設(shè)備的擺設(shè)也要和現(xiàn)實中的保持一致。巷道的制作主要通過放樣的方法來完成,交叉以及分叉的巷道盡量使用多邊形建模方法和命令,避免使用布爾命令,因為使用多邊形建模做出來的巷道要比使用布爾命令做出來的少很多面數(shù),避免資源的浪費,而且在后續(xù)制作中會少很多問題。巷道制作好后要使用真實的圖片進(jìn)行貼圖,使制作出來的效果更加逼真。另外在制作的過程中,只需要制作出所需用到的巷道,不用將整個井下巷道全部制作出來,這就可以再很大程度上來縮短制作的時間以及避免資源的浪費。井下巷道中有很多的設(shè)備,制作方法也不盡相同。其中有很多基礎(chǔ)的設(shè)施需要很多數(shù)量,例如燈具、電纜夾等,這些設(shè)施的布置要和現(xiàn)實中在巷道中的布置保持一致,一般只需制作出1個,然后利用快照工具進(jìn)行復(fù)制即可。還有一些設(shè)施的布置也需要與現(xiàn)實中在巷道中的布置保持一致,例如電纜、水管、風(fēng)管等,但是這些設(shè)施可以通過渲染、放樣等簡單的方法制作出來。另外還有一些不必要和現(xiàn)實中在巷道中的布置保持一致,例如錨桿鉆機(jī)、絞車等設(shè)備,這些設(shè)備可以再另1個MAX文件中進(jìn)行制作,然后利用合并的方法導(dǎo)入到場景中來,這樣就可以達(dá)到重復(fù)利用的目的。在建模的過程中有許多應(yīng)該注意的問題,首先要盡量減少模型的面數(shù)以及刪除看不見的面,這樣不僅可以減輕硬件的負(fù)擔(dān),而且還可以減少系統(tǒng)開發(fā)的時間,從而節(jié)省成本;其次要盡量減少布爾命令的應(yīng)用,這樣不僅可以減少面的個數(shù),還可以避免運算錯誤,避免模型出現(xiàn)變形;最后要合理使用貼圖,使用貼圖可以大量減少面的數(shù)量,還可以使制作出來的模型更加的逼真。3.2照片級選用的小屏畫面板模型建立完成后,接下來就是渲染了。渲染就是以創(chuàng)建具有照片級真實感的圖像為目標(biāo),對三維場景進(jìn)行數(shù)字化描述,產(chǎn)生二維圖像。要想達(dá)到具有照片級真實感的圖像就必須要用好的渲染器進(jìn)行渲染。常用的渲染器有傳統(tǒng)的掃描線渲染器、Mentalray和V-Ray渲染器。3種常用的渲染器的對比,見表1。根據(jù)表1中3種常用渲染器的對比,可以看出V-Ray渲染器渲染出的圖像可以達(dá)到照片級真實感的圖像,所以采用V-Ray渲染器對建立好的模型進(jìn)行渲染,輸出為合成視頻所需要的一定分辨率和格式的素材。3.3錄像視頻切換+動畫序列根據(jù)視頻腳本進(jìn)行配音,然后將配音以及渲染出來的視頻序列、圖片導(dǎo)入到Premiere軟件中,所使用的為AdobePremiereProCS3版本,將音頻拖到音頻軌道上,根據(jù)音頻可以在視頻軌道上添加相應(yīng)的圖片以及動畫序列,不同的圖片以及動畫序列之間可以應(yīng)用“視頻切換”特效使節(jié)目畫面連續(xù)、流暢,不會因為畫面的切換而產(chǎn)生停頓的現(xiàn)象。Premiere實時預(yù)演可以使用戶即時地看到最終的輸出效果,如果不滿意,可隨時進(jìn)行修改,直到滿意為止。4煤塊的錨桿藥煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)的目的是培訓(xùn)煤礦工人,因此,制作出來的動畫要接近現(xiàn)實,這樣才能更加的真實,才能更好地起到警示和教育的作用。視頻播放截圖如圖2。在掘進(jìn)工作面,掘進(jìn)完成并打完錨桿眼后準(zhǔn)備安裝錨桿,由于迎頭斷面較高,礦工在距迎頭1m的位置架好2.2m高的高蹬后背對煤壁站在高蹬上往頂眼內(nèi)裝錨桿藥,下來時還未站穩(wěn),突然迎頭煤壁片下的煤塊將其砸倒并甩掉帽子,其頭部磕在錨桿機(jī)機(jī)頭上,造成頭部左眼上交磕了個口子,經(jīng)醫(yī)院確診為頭部左顳骨骨折。從畫面中可以看出,利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來表現(xiàn)煤塊事故的發(fā)生很形象直觀,可以給人留下深刻的印象,避免類似事故的再次發(fā)生。從圖中可以看出此場景與現(xiàn)實中煤礦井下的場景相同,設(shè)備的布置也與現(xiàn)實中的相同,利用制作出來的視頻對煤礦工人進(jìn)行培訓(xùn),可以使工人更容易接受,而且不受時間和地點的約束,可以節(jié)省很多時間和人力資源,起到很好的效果。5礦安全培訓(xùn),提高培訓(xùn)效率根