基于VR技术的煤巷综掘仿真系统的研究与开发

摘要

虚拟现实(VR)是一门崭新的综合性信息技术，虚拟现实技术在矿业领域的研究尚处于起步阶段，VR技术的应用为指导煤矿现场安全生产和职工安全教育培训等方面提供了一种新的途径。煤巷综掘是煤矿的基本生产环节之一，因此研究开发基于VR技术的煤巷综掘仿真系统具有重要的理论价值和实用前景。 本文依据王家山煤矿45407运输平巷综掘工作面施工作业工序的特点，给出了基于VR技术的煤巷综掘仿真系统的基本框架、需求分析、详细设计以及相关算法的具体实现。应用软件工程的原理，采用面向对象的程序设计方法，结合Visual c++6.0语言及MPI公司的视景仿真软件Creator和Vega，进行了煤巷综掘仿真系统的开发。解决了系统开发中遇到的模型建立与处理、多视点场景切换、碰撞检测、模型动态控制、粒子系统、自定义漫游算法实现、数据库和中文显示、场景优化等关键技术问题。同时结合BOSTON公司的软件DIGUY进行了虚拟矿工的模拟，初步完成了综掘工艺流程的仿真。 本系统比较形象逼真地构建了煤巷综掘的三维场景，通过直观的交互控制方式使参与者能快速熟悉综掘工作面的生产环境和综掘的工艺流程。系统试运行稳定性好、实时数据传输准确，仿真效果流畅逼真，满足了实时性和交互性的要求，可以达到煤矿综掘安全教育和技术培训的目的，对于改进传统的矿山安全等学习和教学模式具有较好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.1.1选题的背景

1.1.2研究的意义

1.2虚拟现实技术在国内外的研究相关动态

1.2.1虚拟现实技术在国内外的发展及其应用

1.2.2国外的虚拟现实技术在矿业领域的研究现状

1.2.3国内的虚拟现实技术在安全和矿业领域的研究现状

1.3研究的内容和技术路线

1.3.1研究的主要内容

1.3.2研究的方法

1.3.3技术路线

1.4小结

2煤巷综掘的特点分析与VR仿真系统基本框架的建立

2.1煤巷综掘工作面的特点分析

2.1.1 45407工作面运输平巷的基本条件

2.1.2综掘工作面支护方式的分析

2.1.3 45407运输平巷的支护方案

2.1.4综掘工作面的工艺特点

2.2虚拟现实系统的构成与分类

2.3煤巷综掘仿真系统的需求分析

2.3.1系统的特点与用户需求

2.3.2系统的详细需求与软件系统要实现的目标及功能

2.3.3基于UML的面向对象的分析与设计

2.3.4矿井生产虚拟仿真系统UML建模

2.3.5系统开发平台的选择

2.4小结

3煤巷综掘仿真系统的实现与系统子模块的设计

3.1 Vega软件的特点及视景仿真驱动技术的应用

3.1.1 Vega API函数和Lynx图形界面

3.1.2基于MFC框架的Vega程序设计

3.1.3 Vega与IRIS performer及OpenGL的关系

3.1.4 Vega回调函数的应用

3.2 Multigen Creator软件的三维建模技术

3.2.1 OpenFlight数据格式及OpenFlight API的应用

3.2.2模型的格式转换与简化处理技术

3.2.3纹理贴图的制作与处理技术

3.2.4动态建模与DOF技术的应用

3.3煤巷综掘仿真系统主要子模块的详细设计

3.3.1掘进系统模块的设计

3.3.2矿井漫游模块的设计

3.3.3动态模拟演示模块的设计

3.3.4环境设置模块的设计

3.4小结

4煤巷综掘仿真系统实现的关键技术与算法研究

4.1煤流粒子系统的实现

4.2碰撞检测实现算法的研究

4.3自定义漫游算法的的实现

4.4虚拟人物的运动控制方法的实现

4.4.1虚拟人物特点与模型的建立

4.4.2虚拟人物运动控制实现的基本原理和方法

4.4.3虚拟人物仿真软件DIGUY的应用

4.4.4虚拟矿工动作库的建立过程

4.5小结

5煤巷综掘仿真系统的界面设计与系统的实现

5.1系统的界面

5.2系统的主要控制面板

5.3系统的主菜单和工具栏

5.4系统的数据库连接功能实现

5.5 Windows平台下可执行程序的编译过程

5.6系统的打包与安装

5.7小结

6结论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的论文