虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)煤礦安全培訓(xùn)論文

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1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR）是綜合了計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)，感觀反饋、立體聲、語(yǔ)音輸入輸出以及廣角立體顯示技術(shù)等，創(chuàng)造出為使用者提供身臨其境的三維世界，并且進(jìn)行感觀交互的人工環(huán)境。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其提供聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等感觀模擬的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展迅猛。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)：

（1）環(huán)境模擬

利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生實(shí)時(shí)三維圖形，根據(jù)使用者所需工作環(huán)境或?qū)嶒?yàn)場(chǎng)所的空間方位及時(shí)間參數(shù)等數(shù)據(jù)模型，可以設(shè)計(jì)出很逼真的模擬圖像，同時(shí)結(jié)合立體顯示技術(shù)呈現(xiàn)給使用者完美的模擬系統(tǒng)，需要注意的是空間或環(huán)境變化時(shí)顯示刷新頻率對(duì)于使用者感觀的影響。

（2）感觀反饋

可以通過(guò)立體聲效果實(shí)現(xiàn)聲音方位和遠(yuǎn)近的改變，通過(guò)帶有震動(dòng)觸點(diǎn)的道具模擬觸覺(jué)感應(yīng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬系統(tǒng)中聽(tīng)覺(jué)觸覺(jué)的反饋效果。

（3）人機(jī)互動(dòng)

通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音或命令輸入。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的以上特點(diǎn)完全適用于煤礦安全生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)3D技術(shù)模擬出煤礦生產(chǎn)環(huán)境，用戶以第一視角進(jìn)入，可以熟悉工作環(huán)境、訓(xùn)練各種工作技能，應(yīng)對(duì)突發(fā)情況等。

（4）三維動(dòng)畫(huà)效果

場(chǎng)景制作完成后需要使用AdobePremierePro將音效和動(dòng)畫(huà)進(jìn)行合成和剪輯，還需要使用轉(zhuǎn)場(chǎng)效果及特效來(lái)達(dá)到逼真效果。

2煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)總體架構(gòu)

礦井作業(yè)模擬系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)操控整個(gè)系統(tǒng)，用戶登陸后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接運(yùn)動(dòng)控制接口，可以通過(guò)啟用采掘模塊進(jìn)行采掘模擬訓(xùn)練；通過(guò)啟用風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模塊訓(xùn)練工人判斷、識(shí)別和處理危險(xiǎn)的能力；通過(guò)互救、逃生訓(xùn)練鍛煉工人自救和相互救助的意識(shí)。同時(shí)用戶還可以通過(guò)傳感器控制感受第一視覺(jué)漫游礦井，熟悉礦井生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備，這對(duì)于新員工來(lái)說(shuō)非常必要，可以通過(guò)模擬系統(tǒng)盡快熟悉工作環(huán)境。

3模型構(gòu)建

模型構(gòu)建主要以創(chuàng)建不規(guī)范生產(chǎn)操作、重大生產(chǎn)事故示例和安全事故應(yīng)急預(yù)案演練模型為主，使用戶可以通過(guò)模擬系統(tǒng)達(dá)到親身體驗(yàn)的目的，培訓(xùn)系統(tǒng)主要采用3DSMAX建模和渲染。其中大型設(shè)備采用多邊形建模技術(shù)，以先精模后簡(jiǎn)模為原則，建模前需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際尺寸確定模型的比例，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置模型運(yùn)動(dòng)軌跡和參數(shù)；小型設(shè)備則使用圖片處理軟件和貼圖技術(shù)進(jìn)行處理，多采用紋理貼圖以提高仿真度。井下巷道模型應(yīng)該按照實(shí)際巷道的尺寸、復(fù)雜程度和礦井生產(chǎn)圖紙來(lái)構(gòu)建三維模型，力求模型比例與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境相符合，為了保證安全培訓(xùn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜遞進(jìn)的順序依次創(chuàng)建，形成系統(tǒng)的巷道模型庫(kù)，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境隨時(shí)擴(kuò)展的可能性。場(chǎng)景建模主要是根據(jù)實(shí)際巷道環(huán)境創(chuàng)建包括電纜、機(jī)電設(shè)備、管道和支架等輔助設(shè)備，主要采用貼圖技術(shù)，使場(chǎng)景模型更加逼真。利用特效編輯器生成煙霧，利用燈光設(shè)置達(dá)到瓦斯爆炸效果，后續(xù)連鎖反應(yīng)會(huì)涉及到物理模塊及反應(yīng)堆力學(xué)技術(shù)。人物模型的建立極為關(guān)鍵，人物造型是否逼真直接反映了模擬系統(tǒng)的仿真質(zhì)量。在進(jìn)行人物建模時(shí)首先進(jìn)行外形創(chuàng)建，以實(shí)際生產(chǎn)的不同工種為原型進(jìn)行分角色設(shè)計(jì)，人物運(yùn)動(dòng)效果要注重細(xì)節(jié)，如對(duì)安全事故發(fā)生時(shí)人物的反應(yīng)和動(dòng)作要進(jìn)行動(dòng)作采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，作為突發(fā)事故時(shí)人物反應(yīng)的分析資料。人機(jī)交互則利用VIrtools實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合可以說(shuō)為提高煤礦安全生產(chǎn)、增強(qiáng)工作人員處理礦井危機(jī)的能力具有重要意義，類似的系統(tǒng)在很多煤炭集團(tuán)都得到了廣泛的應(yīng)用，效果也非常顯著，相信其在不久的將來(lái)會(huì)發(fā)揮更為重要的作用。

作者：甘瑩 李林娜 劉璐 單位：華北理工大學(xué)冀唐學(xué)院