煤矿信息管理虚拟现实系统

一、什么是VR？

VR(Virtual Reality)是虚拟现实的简称，这项技术原本是美国军方开发研究出来的一项计算机技术。VR媒体就是将VR技术应用于当今最具发展潜力的信息媒体Internet及其它的数字元媒介（如（如CD-ROM光盘、触摸屏等）上。它通过其专用软件，整合图像、声音、动画等，将三维的现实环境、物体等模拟成二维形式表现的虚拟现实，再由数字元媒介作为载体传播给人们。当人们通过该媒体浏览、观赏时就如身临其境一般，并且可以选择任一角度，观看任一范围内的场景或选择观看物体的任一角度。

二、VR系统可以为我们做些什么？

1、VR系统它可以模拟井下各种复杂的作业环境，供采矿工程专业的人员实习、训练，这样既可以降低实习费用，又可缩短教学时间，让更多的人接受高等教育，同时还可对井下工人进行上岗前的操作及安全教育培训。如虚拟井下的各种工况及险情，使被训练者身临其境地去体验，并学会采取有效的应急措施去处理各种险情，以提高人员素质，消除事故隐患。

2、VR技术用于大型设施、设备的设计和制造已有许多成功的实例。把虚拟现实技术用于对煤矿新设备的设计方案进行可视化的性能评估，则更显示出虚拟现实技术的优势。由于井下场地狭窄，环境恶劣，因此对井下设备的设计、运行、维修都提出了很高的要求。煤矿设备的虚拟设计和制造，其意义不仅仅是节约资源和时间，而是完成在地面或在常规条件下无法进行的工作。例如采煤机虚拟设计中，设计人员不必等到样机制造出来，再去修改其中不太理想、不太合理的部分，因为VR系统可以容纳他们“进入”电脑中的三维空间图像，借助多种交互手段直接对采煤机的设计进行观察、讨论和修改，从而大大缩短设备的研制周期，节省研制费用。

3、用VR来模拟一个真正的矿井灾害，使人们更彻底更直观地了解矿井灾害的各方面因素，从而更有效地采取防灾和救灾措施。用visual C十十程序设计语言、open GL程序设计语言、虚拟现实建模语言VRML、VisualJ十十程序设计语言、计算机图形学等知识编制虚拟现实软件，主要模拟采区的通风系统，当运输巷皮带跑偏与机架磨擦引起火灾时，先是自动喷淋系统喷水灭火；如果火灾发生蔓延，就模拟火的蔓延过程；工程人员关闭风门的过程；矿工撤退的过程；人员的巷道中行走时，烟流对人员造成的影响等。以及救护人员采用水龙头喷水灭水时，如果在上风侧灭火，发生的烟流滚退现象等。

为此，该虚拟过程的实现有着重要的意义：它可以减少矿山救护时的实际训练费用，并大大减少训练时的危险性，而且还可以不受时间、地点、天气的影响，任意设置实际灾害中可能出现的一些特殊情况。它也可以提高煤矿安全及生产管理人员的安全意识，提高管理水平，预防重大灾害的发生，提高矿井救灾人员处理灾害的决策应变水平，并把矿井灾害的伤亡和损失降到最低。同时可以协助调查事故原因。另外，通过软件演示可以实现矿井安全救灾防灾的实际培训。

三、VR技术具有以下四个重要特征：

1、多感知性(Multi—Sensory)。所谓多感知，就是说除一般计算机技术所具有视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还应该包括味觉感知、嗅觉感知。

2、存在感(presence)。又称为临场感

3、交互性(interaction)。指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)。

4、自主性(Autonomy)。指虚拟环境中的物体依据物理定律动作的程度。

四、视景系统

视景系统模拟矿井开采在于它的真实性和人与系统的交互性，操作人员可以与这一系统进行交互作用，他可以在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟出的任何区域。

系统还可以对采煤机、锚杆机、电池机车构成的生产系统进行动态三维实时模拟，可以通过全屏幕或多窗口视图的形式，用动态方式显示生产系统的平面图或三维立体图。

1、井下八大互动视景部分和三维立体图像的组成：

（一）副井井底互动视景

（二）大巷互动视景

（三）采区下部车场互动视景

（四）运煤上山互动视景

（五）轨道上山互动视景

（六）掘进工作面互动视景

（七）采煤工作面互动视景

（八）机电硐室互动视景

2、视景系统的优点：

（一）可以利用键盘或鼠标选择进入八大互动视景系统中的任意 一个进行人机互动。

（二）互动视景系统可同教学知识内容相交替，达到学习和实践相给合的目的。

（三）每个互动视景中都有相对应且全面的显示设备和机械动态。

五、煤矿信息管理虚拟现实系统

煤矿信息管理网络化平台安全生产指挥虚拟现实系统架构如下图所示，现有功能分为7个功能模块。



各个模块的功能如下：

1、浏览功能

（一）漫游模式

用户可以通过键盘上的方向键来从井下各个巷道内部进行浏览：点击左右键实现左右转向，上下键进行前进后退操作。

场景内模型真实再现了井下巷道内的实际情况。

窗口右上角的矩形区域为导航地图，显示了以观察者在巷道内位置为中心，一定范围内的地图内容。地图上的红色箭头标记，显示出观察者在井下巷道内的相对位置。

用户还可以通过键盘鼠标，对副井的电梯、巷道内的风门等进行操作。

（二）整体模式

将整个巷道场景分为8个部分，可实现对场景各个部分的整体浏览，在视图窗口中可旋转缩放巷道模型，从各个角度进行观察。

（三）局部位置切换

该功能是漫游模式的补充，可实现浏览位置的切换。用户通过右键点击半透明的关键点，可将观察位置切换到对应的场景内的关键位置，直接对其进行漫游浏览。

（四）自定义路径：