煤矿巷道虚拟现实系统的研究与开发

论文摘要

虚拟现实技术和地理信息系统技术在近十几年时间里取得了快速的发展，目前已经成为人们了解和探索现实世界的两大重要技术手段。在煤矿领域，将虚拟现实技术同地理信息系统技术结合应用，可以构建三维可视化的矿山场景，并能够在其中进行空间数据的分析、查询和处理工作，从而为煤矿生产和安全提供有力的决策支持。Multigen Creator&Vega是当前世界领先的虚拟现实软件，本文在此平台上进行煤矿井下巷道虚拟现实系统的构建和开发工作，实现了具有良好交互性能和GIS基本功能的巷道虚拟现实系统，本文所做的主要工作包括以下几个方面的内容：（1）分析了国内外煤矿虚拟现实的研究现状，总结了相应特点，并在此基础上确定了本文的研究内容和技术路线。（2）研究了煤矿空间对象的数据采集、处理和建模技术，构建了逼真的井上下场景，并对模型结构进行了优化。（3）分析了煤矿巷道三维建模的特点，提出了基于“四种巷道部件”的建模方法，并根据部件组成巷道模型的特点设计了巷道空间数据和属性数据的组织管理方式，为系统GIS功能的开发打下了基础。（4）针对煤矿井上下复杂场景的特点，设计开发了多种漫游方式，可以自由切换，并增加了环境显示控制、模型显示控制等功能，提高了系统的交互性能和应用价值。（5）在已建立空间数据库和属性数据库的基础上开发了GIS功能模块，实现了虚拟场景中图形-属性交互查询、基本的空间量算和井下巷道最短路径分析功能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 当前研究中存在的问题
• 1.3 论文的主要研究内容和技术路线
• 1.4 论文的组织结构
• 2 系统涉及的理论与关键技术研究
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.1.1 虚拟现实技术的定义
• 2.1.2 虚拟现实技术的特点
• 2.1.3 虚拟现实系统的分类
• 2.2 VR-GIS 技术
• 2.2.1 VR-GIS 技术的定义和特点
• 2.2.2 VR-GIS 集成技术
• 2.3 基于 Creator 的三维建模技术
• 2.3.1 Multigen Creator 概述
• 2.3.2 OpenFlight 数据格式
• 2.3.3 Creator 建模关键技术
• 2.4 基于 Vega 的仿真技术
• 2.4.1 Vega 概述
• 2.4.2 Vega 中的类及其基本功能
• 2.4.3 Vega 图形渲染的基本理论
• 2.5 本章小结
• 3 巷道三维建模和数据库管理
• 3.1 数据采集
• 3.2 数据处理
• 3.3 巷道三维建模和井上下场景构建
• 3.3.1 巷道建模技术
• 3.3.2 其它空间对象建模技术
• 3.3.3 纹理和材质的应用
• 3.3.4 模型的集成和优化
• 3.4 系统数据库的设计与管理
• 3.5 本章小结
• 4 巷道场景漫游驱动
• 4.1 巷道场景漫游的需求分析和功能设计
• 4.1.1 系统需求分析
• 4.1.2 系统功能设计
• 4.2 场景驱动
• 4.2.1 LynX 初始化配置
• 4.2.2 Vega/MFC 应用程序主框架的构建
• 4.3 漫游方式的设计与开发
• 4.3.1 Vega 中视点的原理分析
• 4.3.2 虚拟现实漫游方式设计
• 4.3.3 自由视点漫游方式的设计与开发
• 4.4 模型和场景显示效果控制
• 4.5 本章小结
• 5 GIS 功能的设计与开发
• 5.1 GIS 功能模块设计
• 5.2 模型对象拾取功能的应用
• 5.2.1 三维场景中模型拾取的原理
• 5.2.2 模型拾取和信息反馈的过程
• 5.3 数据库的连接和查询
• 5.4 图形-属性双向查询的实现
• 5.5 空间查询和量算的实现
• 5.6 巷道最短路径分析
• 5.6.1 巷道拓扑关系查询和长度计算
• 5.6.2 最短路径算法实现步骤
• 5.7 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集