基于虚拟现实的矿业通风系统研究

论文摘要

矿难是指在采矿过程中发生的事故,通常造成伤亡的危险性极大,世界上每年至少有几千人死于矿难。常见的矿业灾难有:煤尘爆炸、瓦斯爆炸、瓦斯突出、透水事故、矿井火灾、矿井顶部塌陷等。在2003年,中国生产了世界约35%的煤,但在煤矿事故死亡人数上却占伤亡人员总数的80%。中国是一个重要的产煤国家,同时也是一个严重依赖煤炭能源的国家。从2009年王家岭透水事故,到2011年六盘水瓦斯爆炸事故,除自然因素外,地方管理不到位,也是一个根本原因。2010年,国家安全局提高对矿业的管理,并计划用两年时间,要求管理人员必须参加安全培训,并通过评估,以便能够继续从事煤炭相关管理工作。而通风系统的正常运行,可减少意外伤亡的损害。因此,深入学习和研究矿业通风系统的设计和虚拟现实技术具有重要的理论意义和现实意义。本文认真研究了三维建模软件3DSMAX和虚拟现实开发平台VIRTOOLS,开发了一种基于桌面的矿业通风教学系统,拟帮助学习者在模拟安全生产场景中建构通风事故的处理办法。在系统开发过程中,提出了以下主要方面:(1)使用3D工具对采矿作业、生产领域和矿工居住办公区三维建模。(2)采用优化方法对复杂三维模型的简化。(3)VT的数据处理,交互式控制操作及碰撞检测设置。(4)提出了随机事件的原则,其中详细阐述了各模块实现方法。主要章节如下:第一章讲述了中国的矿业在虚拟现实系统方面,国内和国际背景、研究现状,并提出研究基于桌面的矿业通风系统的实践意义。第二章研究了目前比较热门的虚拟实验室的优点和存在的问题,以及传统教育方式的缺陷。虚拟现实技术在现代教育中的研究和训练中的具体应用,介绍了桌面虚拟现实系统的特点,以及相应的矿业通风系统虚拟软件平台。第三章讲述了开发软件的选择和系统的功能设计,着重介绍了开发本系统的必要性。第四章详细说明人物和场景的建模过程,包括贴图和简化技术,以及如何在VT中实现人物的控制。第五、六章通过运行测评,总结了本系统的研究成果和存在的不足,以及对未来的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外的研究动态
• 1.2.2 国内的研究动态
• 1.2.3 虚拟实验室的实际应用
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法
• 1.5 论文的组织
• 第2章 虚拟实验室开发和应用的理论基础
• 2.1 探究学习理论
• 2.1.1 探究学习理论的由来及内涵
• 2.1.2 探究学习的特点
• 2.2 虚拟现实技术与教育理论
• 2.2.1 虚拟现实技术与行为主义理论
• 2.2.2 虚拟现实技术与认知主义理论
• 2.2.3 虚拟现实系统的构成
• 2.2.4 虚拟现实技术在现代教育中的应用
• 第3章 系统的功能设计
• 3.1 本平台的建模软件分析
• 3.2 系统交互软件分析
• 3.3 通风系统设计流程
• 3.4 提出教学软件平台设计总的教学目标
• 3.5 通风系统主体结构框架
• 3.6 接口和导航设计
• 第4章 矿业通风系统的实现
• 4.1 系统开发平台简介
• 4.2 虚拟角色动画教学系统的基本元素创建
• 4.2.1 人物建模
• 4.2.2 虚拟通风系统场景集成
• 4.3 在VT 中实现虚拟通风系统
• 4.3.1 虚拟人物的导入
• 4.3.2 虚拟漫游交互功能模块的实现
• 4.3.3 其他功能模块的实现
• 4.4 虚拟通风系统的调试与发布
• 第5章 系统运行测试和评价
• 5.1 环境测试
• 5.2 总体评价
• 第6章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 存在的问题与不足
• 6.3 对未来的展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢