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

虛擬現(xiàn)實技術(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)合實際項目對礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)進行總體設(shè)計、開發(fā)工具選擇，并對具體的實現(xiàn)技術(shù)進行的描述，介紹了利用3DSMax、Maya進行三維模型建模、貼圖和渲染，利用VirtoolsDEV進行交互設(shè)計和整合，在較短時間內(nèi)開發(fā)了一個較為完整的礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)，給大家提供了一個虛擬現(xiàn)實仿真軟件實現(xiàn)的較為簡便的方法。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實礦井仿真煤礦安全培訓(xùn)VirtoolsTheApplicationofVirtualRealityTechnologyinMineProductionSimulationSystemWangDeyong

WuZilian

DuWeixin

(PingdingshanIndustrialCollegeoftechnology

Pingdingshan

Henan

467001Abstract: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行為兩個方面的原因，但主要根源在于職工的安全意識淡漠和安全技能素質(zhì)低下。面對嚴峻的煤礦安全形勢（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)對職工的生產(chǎn)行為進行規(guī)范，加強煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)工作，強化職工安全意識。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，是整個學(xué)習(xí)培訓(xùn)過程更加生動有效。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；實驗教學(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現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是二十世紀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、計算機圖形學(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，人機交互是和諧友好的。它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實社會類似的環(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)實技術(shù)將是繼多媒體、計算機網(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)。使用計算機虛擬現(xiàn)實仿真技術(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。礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)總體設(shè)計和具體內(nèi)容根據(jù)生產(chǎn)實際和教學(xué)培訓(xùn)的需要，我們對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進行認真分析，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立了煤礦生產(chǎn)（采煤、運輸、通風(fēng)、排水）仿真仿真系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。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)采煤機液壓支架生產(chǎn)系統(tǒng)綜采工作面運煤系統(tǒng)排水系統(tǒng)動力系統(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變電站圖1煤礦礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖(Figure1SoftwarearchitecturefortheMineProductionSimulationSystem)我們對煤礦井下各種機電設(shè)備、巷道、采煤工作面以及虛擬礦工進行三維建模，利用鍵盤控制虛擬礦工進行行走，從地面入井開始，坐罐籠下井，進入井底車場，對井底車場中中央泵房和中央變電所進行逼真模擬，虛擬人物可以在井底車場漫游，看到各種設(shè)備和設(shè)施。同樣的反方法對大巷、上下山、機巷、風(fēng)巷和綜采工作面進行漫游，特別是在綜采工作面，對采煤過程進行仿真，按照采煤工藝要求，虛擬礦工可以操縱采煤機進行滾筒轉(zhuǎn)動、采煤機移動和采煤機搖臂反轉(zhuǎn)，看到采煤機割煤、落煤和刮板輸送機運煤的逼真場面。對于綜采工作面的支護也進行了仿真，操作者可以操縱綜采工作面的液壓支架完成降架、移架、升架和推溜的整個操作過程。進入每個場景，還加有語音介紹和安全提示。除了上述功能之外，我們考慮到教學(xué)需要，對通風(fēng)路線，排水路線、運煤路線和各種災(zāi)害逃生路線