矿井虚拟避灾系统的研究与实现

论文摘要

虚拟现实技术是多媒体技术、人工智能技术、计算机图形学、计算机仿真等多项高新技术的集合体,并伴随着各项技术的迅猛发展日渐引起各界的重视,成为计算机领域研究的一个新方向。该技术能够综合利用计算机软硬件及相关技术高度逼真地模拟人在自然环境中的视、听、触等感知行为,给用户以沉浸感较强的环境体验,从而获得沉浸其中的感受和体会。本文以煤矿突发灾害的避灾过程为模拟对象,研究了虚拟现实技术在矿山安全生产培训中的应用。在应用虚拟现实技术的培训中,学员可以亲临“事故现场”,了解到实际生产中不愿也不能亲身感受的事故过程和灾害发生后的环境,直观感受并深刻记忆灾害现场和避灾线路。通过对这个井下虚拟避灾系统的应用,可以令对井下工作人员的安全培训过程变得更加直观、更有实效。本文采用建模工具Creator建模、视景仿真工具Vega驱动、VC++为平台对矿井环境、工作设备等进行仿真,对虚拟矿井环境进行逼真构建。在此基础上,本文根据现实的矿井灾害避灾原则,改进了以往求解最佳避灾路线的数学模型,以此为基础生成最佳避灾线路,并应用VR技术实现对避灾过程的三维可视化交互模拟。具体所做工作如下:（1）井下环境的静态建模利用MultiGen Creator进行静态建模,逼真地构建了包括地面工业广场、井下巷道、硐室等在内的建筑物模型群.（2）场景和人物的动态建模利用MultiGen Creator实现对综采工作面上主要生产设备的动态建模;并利用DI-GUY软件和Vega对井下人物进行动态仿真。（3）基于Vega的矿井灾害动态仿真采用粒子系统实现了对火焰、爆炸等井下情景的逼真模拟。同时在VC++软件平台下调用Vega API函数编程实现对诸如爆炸发生的时间、位置、波及范围大小、火灾强度、烟流流动方向等影响煤矿灾害事故发展变化的要素的控制。（4）避灾过程动态仿真以矿井火灾为例,根据现实生产中最佳避灾路线确定的原则,利用并改进了最佳避灾线路的数学模型,生成二维避灾线路;利用VC++环境下的Vega编程实现虚拟场景驱动引擎,将二维抽象避灾线路形象化,以一种三维可视交互的形式呈现给用户;建立了一整套可控漫游与自动漫游相结合的漫游系统,使得操控过程更加便捷;利用碰撞检测技术将现实的避灾原则贯彻到漫游过程当中。本文希望通过建立起一个富有沉浸感的可视化、交互式避灾系统,帮助人们更好地认识各种矿井事故的形态、影响因素、发生发展过程以及最终的后果。为指导现场生产、做好职工安全教育提供一种新的模式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文研究目标和内容
• 2 系统总体设计及开发环境
• 2.1 系统总体设计流程
• 2.2 3D建模平台概述
• 2.3 三维视景开发软件
• 2.4 系统实现方法
• 3 矿井虚拟避灾系统模型的建立
• 3.1 系统建模的基本要求
• 3.2 系统场景的静态建模
• 3.3 动态可交互实体建模
• 3.4 虚拟矿井中人物的建模
• 3.5 虚拟场景的生成与优化
• 4 井下灾害的动态仿真
• 4.1 井下突发灾害的基本模式概述
• 4.2 粒子系统可视化仿真理论分析
• 4.3 基于Vega的矿井灾害动态仿真
• 5 矿井虚拟避灾过程动态仿真
• 5.1 矿井火灾避灾路线选择的基本原则
• 5.2 避灾线路的确定
• 5.3 最佳避灾线路的确定方法
• 5.4 避灾过程动态仿真
• 5.5 仿真过程中的碰撞检测技术
• 5.6 屏幕显示中文文本
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文情况