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摘要：文章着重从矿山安全生产形势和矿业教学中存在理由入手，引入了虚拟现实仿真技术在矿山教学中的应用研究的重大作用。并结合教学提出对矿井生产仿真系统进行总体设想和重要性、开发工具选择，并对具体的实现技术进行的描述，介绍了利用3DS Max、Maya进行三维模型建模、贴图和渲染，利用VEStudio进行交互设计和整合，在较短时间内开发了一个较为完整的矿井生产仿真系统，给大家提供了一个虚拟现实仿真软件，实现的较为简便的表现策略。
关键词：虚拟仿真 矿业教学
【中图分类号】G642
Abstract： The article emphatically from the mine production safety situation and the existed problems in the teaching of mine， this paper introduces the application of virtual reality simulation technology in mine teaching research of great significance. Combining teaching put forward the tentative plan to the overall simulation system of the mine production and importance， development tool selection， and description of the specific implementation technology， this paper introduces the use of 3DMax， Maya， texturing and rendering 3D model using VEStudio interaction design and integration， in a relatively short period of time to develop a more complete simulation system of mine production， provide you with a virtual reality simulation software， the performance of the realization of the simple method.
Keywords： virtual simulation，teaching of mine
目前，由于经济利益驱使，再加上煤矿较为复杂的作业环境，生产矿井不愿接受实习实训学生，导致学完矿业类专业学生，对矿山作业环境不熟悉。为增强学生学习积极性和促发学生好奇心，顺应当今大学生游戏潜力，将虚拟仿真技术引入课堂显得非常必要。
教学方式策略是决定教学效果的重要因素，传统的教学模式存在严重的不足和弊端：
传统课堂理论教学：概念理论烦多，内容枯燥抽象，不能从感性上学习，只凭借想象感悟；
实训实验教学（主要指模型设备教学）：成本高昂，设备维护费用高，教学效果不明显，走马观花，犹如参观；
电算化教学：缺乏沟通，双向交流，教学手段单
虚拟仿真技术构建真实矿山生产运转实景再现可以极大地提高学生学习兴趣，提高教学活动的成效。
图1 煤矿矿井生产仿真系统总体结构图
（Figure 1 Software architecture for the Mine Production Simulation System）
我们对煤矿井下各种机电设备、巷道、采煤工作面以及虚拟矿工进行三维建模，利用键盘制约虚拟矿工进行行走，从地面入井开始，坐罐笼下井，进入井底车场，对井底车场中泵房和变电所进行逼真模拟，虚拟人物可以在井底车场漫游，看到各种设备和设施。同样的反策略对大巷、上下山、机巷、风巷和综采工作面进行漫游，特别是在综采工作面，对采煤过程进行仿真，按照采煤工艺要求，虚拟矿工可以操纵采煤机进行滚筒转动、采煤机移动和采煤机摇臂反转，看到采煤机割煤、落煤和刮板输送机运煤的逼真场面。对于综采工作面的支护也进行了仿真，操作者可以操纵综采工作面的液压支架完成降架、移架、升架和推溜的整个操作过程。进入每个场景，还加有语音介绍和安全提示。除了上述功能之外，我们考虑到教学需要，对通风路线，排水路线、运煤路线和各种灾害逃生路线也进行了模拟仿真。
整个系统是基于b/s结构，利用浏览器打开运转，但浏览器要安装相应的虚拟现实播放插件。
（1） 实现技术方案选择
在仿真系统设计中，普遍采用的技术方案有三维建模、模型渲染、交互动作设计和系统整合几个关键步骤。三维建模选用的开发工具有3Dmax、Maya、VRML语言等，渲染模型主要是通过以上工具给模型加入贴图以及灯光光线，来增加模型的逼真程度，交互动作设计和系统整合采用的有VC++编程调用OpenGL、DirectX等进行，或者采用VRML语言直接开发，也可以用利用开发工具引擎来进行，实际这些引擎也是利用上面语言编写而成，只是我们直接可以利用已经编好的存入开发引擎中的类，不用我们从头开始编写，这些工具有Vega、Virtools 等，我们经过认真的技术分析采用3DS Max、Maya 进行建模和渲染，利用Virtools进行实时渲染、交互动作设计和系统整合。
（2） VEStudio开发工具
VEStudio是由一个专门从事多年虚拟仿真系统制作、三维GIS系统构建、虚拟现实技术（VIrtual Reality）应用的团队开发而成的虚拟仿真平台软件。该平台可应用于规划、三维地理信息、地产、产品展示、军事、古迹复原工业设计等领域。
VEStudio研发团队致力于推广国际上先进的图形技术在虚拟仿真方面的应用，为用户提供高质量、强性能的产品与怎么写作。研发团队以多年做虚拟仿真项目的经验积累，本着开发出"易用、好用、实用虚拟仿真技术在矿业教学中的应用论文资料由论文网www.udooo.com提供,转载请保留地址."的虚拟仿真平台原则，于二零零八年底正式推出VEStudio虚拟仿真平台免费版，供广大的虚拟现实制作者、三维GIS应用者无任何限制地进行使用。
（3） 开发过程中需要注意事项
主要讨论一下开发工具对模型的要求、模型转换，并以设计关键技术为例，论述虚拟交互设计的过程。在模型制作技巧方面，需要注意尽量减少面数，贴图精细度的分配也应该按照面数制约的原则来分配，既大又经常看到的对象就应贴较细致的贴图，既小又出现时间不长的角色贴图只要看来不失真就可以了，但基本原则就是要维持画面的统一性、协调性，即是每个图形对象从画面上看都能具有相同的画质，所以在面数与贴图的制约是需要有比较扎实的图像技巧与设计经验。
（4） 开发成果展示
图1 综采工作面场景（Figure 3 the scene of Fully Mechanized Coalface）
参考文献：
[1] 白笠言. 虚拟仿真技术在煤矿机电安全培训系统中的应用. 通信电源技术.201
[3] http：//.cn/soft/ACRD4CHS.EXE">PDF浏览器用户请先下载安装
关键词：虚拟仿真 矿业教学
【中图分类号】G642
Abstract： The article emphatically from the mine production safety situation and the existed problems in the teaching of mine， this paper introduces the application of virtual reality simulation technology in mine teaching research of great significance. Combining teaching put forward the tentative plan to the overall simulation system of the mine production and importance， development tool selection， and description of the specific implementation technology， this paper introduces the use of 3DMax， Maya， texturing and rendering 3D model using VEStudio interaction design and integration， in a relatively short period of time to develop a more complete simulation system of mine production， provide you with a virtual reality simulation software， the performance of the realization of the simple method.
Keywords： virtual simulation，teaching of mine
一、 引言
煤矿作业是在复杂的自然条件下从事煤炭开采作业活动，煤矿五大自然灾害时刻威胁着煤矿作业的安全。煤矿灾害事故的发生至今还没有得到切实有效的制约，给社会造成严重的损失，得到社会各界关切。事故发生理由有煤矿生产自然条件和人的不安全意识行为两个方面的理由，但主要根源在于人的安全意识淡漠和作业技能素质教低。面对当前严峻的煤矿安全形势（已引起党和国虚拟仿真技术在矿业教学中的应用由优秀论文网站www.udooo.com提供,助您写好论文.家高度关注），目前急需加大安全科技投入，转变煤矿的不安全状况。要按照国家相关法律法规对煤矿职工的行为和意识进行规范和引导，开展全员煤矿安全技术培训，强化全员安全意识。变招生为招工，切实提高煤炭职工的知识素质和技能素养。为了转变以为教学方式策略采取虚拟仿真技术，主要是为解决提高教学活动的效果，使整个教学活动生动举行，将煤矿生产现场再现课堂，动静结合让学生身临其境。目前，由于经济利益驱使，再加上煤矿较为复杂的作业环境，生产矿井不愿接受实习实训学生，导致学完矿业类专业学生，对矿山作业环境不熟悉。为增强学生学习积极性和促发学生好奇心，顺应当今大学生游戏潜力，将虚拟仿真技术引入课堂显得非常必要。
教学方式策略是决定教学效果的重要因素，传统的教学模式存在严重的不足和弊端：
传统课堂理论教学：概念理论烦多，内容枯燥抽象，不能从感性上学习，只凭借想象感悟；
实训实验教学（主要指模型设备教学）：成本高昂，设备维护费用高，教学效果不明显，走马观花，犹如参观；
电算化教学：缺乏沟通，双向交流，教学手段单
一、教学效果一般，很多场景无法真正实现，无法反馈效果。
虚拟仿真技术汇集计算机图形学、计算机软件技术、多媒体技术、数字图像处理、传感器技术等多门技术学科。制作表现视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的。它能够创建与现实社会类似的环境，从而能够解决学习情景化及自然交互性的要求，可以用于技能检测、考核。在教育、培训领域内有着非常巨大的应用潜力，虚拟现实技术将是再现现场作业情景，极大提高学生学习效果。虚拟仿真技术构建真实矿山生产运转实景再现可以极大地提高学生学习兴趣，提高教学活动的成效。
二、 矿井生产仿真系统总体设计和具体内容
根据生产实际和教学培训的需要，我们对矿井生产系统进行认真分析，结合虚拟现实技术，建立了煤矿生产（采煤、运输、通风、排水）仿真仿真系统，其结构图如下图所示。图1 煤矿矿井生产仿真系统总体结构图
（Figure 1 Software architecture for the Mine Production Simulation System）
我们对煤矿井下各种机电设备、巷道、采煤工作面以及虚拟矿工进行三维建模，利用键盘制约虚拟矿工进行行走，从地面入井开始，坐罐笼下井，进入井底车场，对井底车场中泵房和变电所进行逼真模拟，虚拟人物可以在井底车场漫游，看到各种设备和设施。同样的反策略对大巷、上下山、机巷、风巷和综采工作面进行漫游，特别是在综采工作面，对采煤过程进行仿真，按照采煤工艺要求，虚拟矿工可以操纵采煤机进行滚筒转动、采煤机移动和采煤机摇臂反转，看到采煤机割煤、落煤和刮板输送机运煤的逼真场面。对于综采工作面的支护也进行了仿真，操作者可以操纵综采工作面的液压支架完成降架、移架、升架和推溜的整个操作过程。进入每个场景，还加有语音介绍和安全提示。除了上述功能之外，我们考虑到教学需要，对通风路线，排水路线、运煤路线和各种灾害逃生路线也进行了模拟仿真。
整个系统是基于b/s结构，利用浏览器打开运转，但浏览器要安装相应的虚拟现实播放插件。
1、矿井生产仿真系统实现策略
要实现一个逼真的三维矿井生产仿真系统，首先需要对矿井中用到的设备、设施及场景、人物角色等进行三维建模，要想使得模型逼真程度较高，就要对建立的三维模型进行贴图和渲染；为了完成交互动作和实时渲染，以及仿真系统的整合，要进行交互设计。（1） 实现技术方案选择
在仿真系统设计中，普遍采用的技术方案有三维建模、模型渲染、交互动作设计和系统整合几个关键步骤。三维建模选用的开发工具有3Dmax、Maya、VRML语言等，渲染模型主要是通过以上工具给模型加入贴图以及灯光光线，来增加模型的逼真程度，交互动作设计和系统整合采用的有VC++编程调用OpenGL、DirectX等进行，或者采用VRML语言直接开发，也可以用利用开发工具引擎来进行，实际这些引擎也是利用上面语言编写而成，只是我们直接可以利用已经编好的存入开发引擎中的类，不用我们从头开始编写，这些工具有Vega、Virtools 等，我们经过认真的技术分析采用3DS Max、Maya 进行建模和渲染，利用Virtools进行实时渲染、交互动作设计和系统整合。
（2） VEStudio开发工具
VEStudio是由一个专门从事多年虚拟仿真系统制作、三维GIS系统构建、虚拟现实技术（VIrtual Reality）应用的团队开发而成的虚拟仿真平台软件。该平台可应用于规划、三维地理信息、地产、产品展示、军事、古迹复原工业设计等领域。
VEStudio研发团队致力于推广国际上先进的图形技术在虚拟仿真方面的应用，为用户提供高质量、强性能的产品与怎么写作。研发团队以多年做虚拟仿真项目的经验积累，本着开发出"易用、好用、实用虚拟仿真技术在矿业教学中的应用论文资料由论文网www.udooo.com提供,转载请保留地址."的虚拟仿真平台原则，于二零零八年底正式推出VEStudio虚拟仿真平台免费版，供广大的虚拟现实制作者、三维GIS应用者无任何限制地进行使用。
（3） 开发过程中需要注意事项
主要讨论一下开发工具对模型的要求、模型转换，并以设计关键技术为例，论述虚拟交互设计的过程。在模型制作技巧方面，需要注意尽量减少面数，贴图精细度的分配也应该按照面数制约的原则来分配，既大又经常看到的对象就应贴较细致的贴图，既小又出现时间不长的角色贴图只要看来不失真就可以了，但基本原则就是要维持画面的统一性、协调性，即是每个图形对象从画面上看都能具有相同的画质，所以在面数与贴图的制约是需要有比较扎实的图像技巧与设计经验。
（4） 开发成果展示
图1 综采工作面场景（Figure 3 the scene of Fully Mechanized Coalface）
2、 结束语
采用3Dmax、Maya、Vray、AE等三维开发技术、FLASH等技术策略，进行三维模型建模、贴图和渲染，利用VEStudio进行交互设计和整合，煤矿井下安全生产应知应会的基础知识仿真系统，让学生了解煤矿井下工作环境的整体情况，使学生仿佛身临其景，印象深刻，从而更好地掌握岗位应知应会、必知必会的安全常识，从而达到避开事故，实现安全生产的目的。参考文献：
[1] 白笠言. 虚拟仿真技术在煤矿机电安全培训系统中的应用. 通信电源技术.201
2.7，25；
[2] 许骏 余胜泉 黄荣怀等，《信息技术环境下的课程设计模式研究》，教育技术通讯，2002年4期；[3] http：//.cn/soft/ACRD4CHS.EXE">PDF浏览器用户请先下载安装