矿山井巷系统虚拟现实的研究

论文摘要

虚拟现实技术是随着计算机学科的进步在近十多年来发展起来一项新兴技。目前,已经在军工、航空、医学治疗、施工建筑等领域广泛应用,并且取得令人瞩目的成就。它的主要优点在于可以直观地观察三维世界,并且能让人与系统进行充分的人机交换,从而产生身临其境的感觉。VR技术在国外矿业工程领域也经应用一段时期,但在国内却没有得到大范围推广。矿山井巷建设投资大,工期长,地质条件复杂,不可预见性强,这些特点决定了矿井规划和设计的重要性和复杂性。利用虚拟现实技术,生成一个逼真的矿山井巷系统的虚拟环境。在矿山规划、设计阶段就可以使人们能够在一个虚拟的三维环境中,用动态的交互方式对矿山的井巷系统,进行身临其境的全方位的审视。论文运用虚拟现实技术,来构建矿山井巷虚拟系统的场景,完成了矿山井巷系统虚拟现实技术的初期探索和开发,明确了开发矿山井巷视景仿真系统的整体思路,可以方便地对井巷系统和地表辅助设施进行三维场景漫游,通过计算机屏幕对虚拟场景进行交互,以其实现井下安全的实时监控、调度和指挥。论文分析了虚拟现实技术在矿业领域的发展现状和研究背景,提出了本系统的现实意义,明确了系统的实现办法,以大红山铁矿（400万t／a）工程为例,对数字化矿山在虚拟现实平台上的应用进行了初步研究。在开发工具的选择上,选择了目前在视景仿真领域处于领导地位的美国MultiGen-Paradigm公司的Creator/Vega Prime系列工具。根据计算机图形学原理,应用MultirGen-Creator建模软件,对矿山井巷、硐室、辅助设备、地表辅助设施模型进行三维建模。主要包括巷道内部路线的创建、模型的设计、纹理映射、层次细节的采用、模型的优化等等。模型完成后导入Vega Prime中建立场景,进行实时漫游的应用开发,提供给用户一个真实的可以交互的场景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟现实技术
• 1.1.1 虚拟现实技术的特征
• 1.1.2 虚拟现实技术的组成
• 1.1.3 虚拟现实技术的重要技术特征
• 1.2 课题研究的背景
• 1.2.1 虚拟现实的发展过程和国内外研究现状
• 1.2.2 虚拟现实技术在矿山中的应用现状
• 1.2.2.1 国外研究现状
• 1.2.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文研究的目的
• 1.4 论文研究的内容
• 第二章 虚拟现实技术的三维建模研究
• 2.1 VR技术建模的概述
• 2.1.1 VR技术建模的特点
• 2.1.2 VR建模的主要技术指标
• 2.1.3 VR技术建模的主要步骤
• 2.2 VR技术建模的分类
• 2.2.1 几何方式建模
• 2.2.2 物理属性建模
• 2.2.3 运动模式建模
• 2.2.4 行为建模
• 2.2.5 模型分割
• 2.3 VR技术建模实现方式
• 2.3.1 基于图形渲染的建模方法
• 2.3.2 基于图像的建模方法
• 2.3.3 基于图形与图像的混合建模方法
• 第三章 基于Creator的三维的仿真建模
• 3.1 MultiGen Creator系统简介
• 3.2 MultiGen Creator系统的主要构成
• 3.3 OpenFlight数据结构
• 3.4 MultiGen Creator中的一些关键技术
• 3.4.1 层次结构视图（Hierarchy view）
• 3.4.2 纹理映射技术
• 3.4.3 实例技术
• 3.4.4 LOD技术
• 3.5 地形可视化构建
• 第四章 虚拟井巷系统的视景建模
• 4.1 矿山井巷系统的简介
• 4.2 矿山井巷虚拟系统建模的思路
• 4.3 矿山井巷虚拟系统的三维模型建立的原则
• 4.4 单体模型的精细度
• 4.4.1 模型的精确度
• 4.4.2 模型的细致度
• 4.4.3 模型的复杂度
• 4.5 矿山井巷虚拟系统三维建模的研究
• 4.5.1 巷道的建模
• 4.5.2 硐室的几何建模
• 4.5.3 矿山辅助生产设备的三维建模研究
• 4.6 地表三维模型构造研究
• 4.7 地形仿真建模的研究
• 第五章 虚拟井巷系统的场景仿真
• 5.1 Vega Prime视景仿真工具
• 5.2 Vega Prime的基本模块
• 5.2.1 LynX Prime的图形环境
• 5.2.2 VSG的应用程序接口
• 5.3 Vega Prime的主要结构
• 5.4 Vega Prime应用的组成
• 5.5 Vega Prime应用程序的设置
• 5.5.1 Vega Prime应用程序预定义
• 5.5.2 主应用程序结构
• 5.5.3 主程序实现
• 第六章 论文结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间公开发表的论文题目
• 附录B 附图