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摘要：
傳統的采礦工程在工程專業以及安全方面進行的教學，受到教學手段限制都沒有達到預期的教學效果。本文對煤礦虛擬現實技術系統進行了研究，并對其開發應用進行了分析，事實證明對于采礦工程專業來說，虛擬現實技術的應用可以發揮重要的作用，值得我們推廣。
關鍵詞：
虛擬現實是一種人機界面技術，對自然環境中人的視、聽、動等行為進行逼真模擬，通過對各類傳感器、高性能計算機軟件以及硬件的利用，創造出一個信息環境，讓人有身臨其境之感，從而對思維進行啟發。礦井生產系統具有很強的復雜性，在傳統教學模式中教師會用圖片和模型相結合的方法進行講解，學生很難理解，相比之下井下實習參觀會取得更好的教學效果，但是太過耗時耗力，煤礦生產的特殊環境也為實習參觀帶來了一定的危險性。目前教學中一般會在完成了課程學習以后集中安排實習，而不是在課程學習的過程中，難以保證專業課的教學效果，所以務必要改進教學手段。
1系統設計和功能的實現
本文中從某煤礦的實際情況出發，使用專工具進行三維建模，包括采煤工作面、地面生產系統、巷道、井下機電設備以及工業廣場，然后驅動合成了一個虛擬場景。在該虛擬場景中使用鼠標或鍵盤就可對虛擬人物進行控制，在每個場景中自由行走，還有語音介紹以及安全提示。其功能主要包括以下幾點。
1.1對工業廣場進行模擬
礦井的工業廣場是一個綜合性系統，包括生活和辦公區域、機修廠、選煤廠、礦井、風井以及各種道路等，是為礦山生產提供服務的，體現礦區設施的規劃和設計，我們為工業廣場上的各個建筑物進行了三維空間場景模型的建立。
1.2對井下巷道進行模擬
井下的巷道和主要酮室包括中央變電所、區段運輸巷、區段回風巷、師門、水泵房、車場等，進行這些模型的建立主要是為了將巷道的支護方式以及交叉位置、斷面形狀等展示出來，讓學生有清晰的認識，同時也需要進行巷道空間布置系統三維模型的建立。
1.3對井下設備進行模擬
對井下各種采掘設備、輔助設備、提升設備和運輸設備進行模擬，利用語音講解的形式來告知學生這些設備的使用方法和注意事項。
1.4對采礦生產工藝以及環境進行模擬
在采煤機等生產系統開采礦井的時候，可以對其進行動態三維模擬，按照采煤工藝的要求進行模擬，展示采煤機是怎樣移動的，其滾動是怎樣轉動的、搖臂具體是怎么反轉的，以及對采煤機截煤、落煤過程的展示等。綜采工作面上的液壓支架是如何升、降、移、推的，整個操作過程也都可以利用虛擬現實顯示技術看到。在計算機屏幕上會顯示所有采礦作業的情況，每個場景都有與之配套的語音介紹以及安全提示。
1.5在井下巷道內漫游
虛擬現實系統中的虛擬人物從地面入井處進入，坐上罐籠下井到井底車場可以看到模擬的井底車場中央泵房和中央變電所，在井底車場自由行走可以對各種設備設施進行參觀，同樣在階段大巷、綜采工作面、運輸巷一級采區上下山同樣可以漫游參觀。利用這種人機交互方式，操作人員進入虛擬的井下巷道一邊行走一邊四處觀看，自然會有身臨其境之感。
2系統的開發方法
2.1收集資料并進行整理，設計出總體結構
煤礦生產系統具有很強的復雜性，各個環節之間連接緊密，想要保證開發出來的系統能真正對生產過程進行再現，突出其中的重點環節，就必須先去收集必要的資料。可以選定一個實際的煤礦為依據來收集資料，具體包括各種設計圖紙、生產圖紙、設備的情況以及生產工藝和作業規程等。圖片、視頻、圖紙以及數據等都是常見的資料形式，同時還要去現場進行實地調查。認真研究資料以后對其進行科學的簡化和取舍，然后進行三維模型的建立，這樣才能保證建造出的模擬場景與實際現場情況符合。
2.2建立系統實體三維場景模型
虛擬現實系統中場景模型是最直觀的部分了，場景模擬的質量和軟件的逼真程度有著直接關系，而且決定著軟件運行的速度。模型粉偽靜態和動態兩種。靜態模型包括工業廣場、使用的設備、采煤工作面以及巷道和酮室，動態模型包括采煤工作面上運行的采煤工藝以及設備運作的過程。煤礦生產系統的場景是非常大的，需要對靜態和動態模型分別進行建模，然后集中導入進來。建立靜態模型的時候要進行幾何建模，建立過程中不改變前景真實情況的前提下盡量簡化線條，以多邊形建模方法為主，對模型比例進行嚴格的控制。然后將進入形象建模過程，處理幾何建模的紋理、顏色以及光照等，其中主要是紋理處理，可以有效提高虛擬場景的真實感。建立動態模型的時候主要依據設備的機械圖紙來進行，適當進行簡化，每個設備都要單獨進行動態模型的建立。
作者：任麗君 單位：扎賚諾爾煤業有限責任公司職工教育培訓中心
參考文獻：
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