智能虚拟矿工的建模与实现
发布时间：2021-01-25 07:16
由于我国煤矿开采环境复杂,安全问题一直是困扰煤矿企业生产的难题,而影响煤矿安全的最主要因素是人。提高采矿工人的避灾技能素质则能有效地保障煤矿企业的安全生产。但是对于采煤过程中发生的灾难,人们不可能在现实的矿井环境下进行训练或验证逃生的方法和技巧。如果构建一个矿井巷道真实环境的虚拟现实系统,并将虚拟人融入到虚拟矿井系统中,实现对矿工避灾培训的目的,则对于提高矿工技能素质、减少煤矿灾害发生具有重要的意义。论文研究了基于骨骼框架的虚拟矿工模型,设计了虚拟矿工的外观、表情、动作、智能行为以及交互方式,构建了虚拟矿井模型和灾害场景,开发实现了智能虚拟矿工系统。首先考察和收集了矿井下的地形数据和纹理数据;其次应用3dsMax建模工具对矿井环境模型和人物模型进行建立,并将模型及纹理贴图导入到Unity3D中;然后使用JavaScript语言来编写人物控制器;最后使用C#语言完成矿井熟悉、用户漫游、智能学习、灾难模拟、事故触发等功能,并利用Unity3D自带的粒子系统制作各种事故中需要的元素,如火焰、掉落的石块、煤块、烟雾、水等效果以展现井下事故,完成井下事故渲染设计,目前能模拟火灾、塌方、水害等灾害...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统开发流程
西安科技大学工程硕士学位论文18建立好矿工的理论模型之后，需要在计算机中实现。为了呈现虚拟人的逼真效果，除了实现理论模型，还需要对虚拟框的的外观、骨骼、表情、动作、智能行为等进行建模。3.1.2外观建模智能虚拟矿工需要建立一个虚拟人物模型，人物模型的外表是首先要建立的。在人物建模中，多边形建模是如今主流的生物建模技术。掌握多边形建模的最重要的问题在于正确定位点和线。通过正确定位顶点确定模型的精准度，而合理的布线方式能够保证模型在动画过程中不会出现面与面重合、遮挡等问题，从而避免模型错乱。通过对多个矿工的观察，在3dsMax中建立虚拟矿工外观底模如图3.1所示。根据模型优化方案，已成功将片面数缩减至较小，同时不影响人物模型的精度，优化前的人物模型有8869个面，优化后的人物模型有8055个面，面数减少了10%，达到了优化精简图形的目的。图3.1矿工初步底模图3.2矿工模型贴图绑定建立模型后，需要为模型添加光照贴图、渲染以实现视觉的真实效果，使任务更具有立体感，这里选择3dsMAX自带的展UV工具，对底模进行贴图。添加了贴图的虚拟矿工模型如图3.2所示。外观设计好之后，后期制作动画时还需要对模型进行微调，防止播放动画时出现模型错乱的情况。3.1.3骨骼建模人物外观设计好之后，需要设计人物的动作行为，让人物动起来。由于人体是一个复杂的生命系统，人体结构主要由206块骨骼、600多块肌肉以及指挥这些骨骼和肌肉的无数神经组成。人体还有多个用以链接骨骼与骨骼的关节，共有200多个自由度DOF
西安科技大学工程硕士学位论文18建立好矿工的理论模型之后，需要在计算机中实现。为了呈现虚拟人的逼真效果，除了实现理论模型，还需要对虚拟框的的外观、骨骼、表情、动作、智能行为等进行建模。3.1.2外观建模智能虚拟矿工需要建立一个虚拟人物模型，人物模型的外表是首先要建立的。在人物建模中，多边形建模是如今主流的生物建模技术。掌握多边形建模的最重要的问题在于正确定位点和线。通过正确定位顶点确定模型的精准度，而合理的布线方式能够保证模型在动画过程中不会出现面与面重合、遮挡等问题，从而避免模型错乱。通过对多个矿工的观察，在3dsMax中建立虚拟矿工外观底模如图3.1所示。根据模型优化方案，已成功将片面数缩减至较小，同时不影响人物模型的精度，优化前的人物模型有8869个面，优化后的人物模型有8055个面，面数减少了10%，达到了优化精简图形的目的。图3.1矿工初步底模图3.2矿工模型贴图绑定建立模型后，需要为模型添加光照贴图、渲染以实现视觉的真实效果，使任务更具有立体感，这里选择3dsMAX自带的展UV工具，对底模进行贴图。添加了贴图的虚拟矿工模型如图3.2所示。外观设计好之后，后期制作动画时还需要对模型进行微调，防止播放动画时出现模型错乱的情况。3.1.3骨骼建模人物外观设计好之后，需要设计人物的动作行为，让人物动起来。由于人体是一个复杂的生命系统，人体结构主要由206块骨骼、600多块肌肉以及指挥这些骨骼和肌肉的无数神经组成。人体还有多个用以链接骨骼与骨骼的关节，共有200多个自由度DOF
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟现实技术在煤矿领域的研究现状及展望[J]. 谢嘉成,王学文,李祥,杨兆建. 煤炭科学技术. 2019(03)
[2]Maya三维技术在动漫领域立体造型中的应用研究[J]. 钱玲如. 无线互联科技. 2018(02)
[3]虚拟现实技术在美国军队中的应用述评[J]. 孙柏林. 计算机仿真. 2018(01)
[4]煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统[J]. 张旭辉,陈利,马宏伟,毛清华,杜昱阳,赵友军. 工矿自动化. 2016(12)
[5]煤矿虚拟现实技术应用与发展[J]. 张辉,聂百胜,许滕. 煤矿安全. 2016(10)
[6]基于虚拟现实的煤矿大型设备培训系统研究[J]. 安葳鹏,孟卫娟,屈星龙. 测控技术. 2016(10)
[7]基于虚拟现实的煤矿可视化安全培训研究[J]. 刘屹,胡凌凤,谭章禄. 中国煤炭. 2015(06)
[8]煤矿火灾与人员逃生仿真[J]. 王敏. 信息与电脑(理论版). 2015(06)
[9]基于多视窗的一体化煤矿安全与监测系统[J]. 贺致芬,孙久运,邱银国. 金属矿山. 2014(08)
[10]基于Unity 3D的综采工作面仿真系统研究[J]. 翟东寒,郑晓雯,杜少庆,李玲辉,雷乔治. 机电产品开发与创新. 2014(04)
硕士论文
[1]煤矿全液压钻机虚拟操控与远程监测系统研发[D]. 刘睿全.西安科技大学 2018
[2]数字矿山三维可视化及虚拟现实技术研究[D]. 唐庆腾.中国矿业大学 2018
[3]基于3D Max软件在三维视觉形象设计中的应用研究[D]. 王忠鹏.西北大学 2012
本文编号：2998816
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统开发流程
西安科技大学工程硕士学位论文18建立好矿工的理论模型之后，需要在计算机中实现。为了呈现虚拟人的逼真效果，除了实现理论模型，还需要对虚拟框的的外观、骨骼、表情、动作、智能行为等进行建模。3.1.2外观建模智能虚拟矿工需要建立一个虚拟人物模型，人物模型的外表是首先要建立的。在人物建模中，多边形建模是如今主流的生物建模技术。掌握多边形建模的最重要的问题在于正确定位点和线。通过正确定位顶点确定模型的精准度，而合理的布线方式能够保证模型在动画过程中不会出现面与面重合、遮挡等问题，从而避免模型错乱。通过对多个矿工的观察，在3dsMax中建立虚拟矿工外观底模如图3.1所示。根据模型优化方案，已成功将片面数缩减至较小，同时不影响人物模型的精度，优化前的人物模型有8869个面，优化后的人物模型有8055个面，面数减少了10%，达到了优化精简图形的目的。图3.1矿工初步底模图3.2矿工模型贴图绑定建立模型后，需要为模型添加光照贴图、渲染以实现视觉的真实效果，使任务更具有立体感，这里选择3dsMAX自带的展UV工具，对底模进行贴图。添加了贴图的虚拟矿工模型如图3.2所示。外观设计好之后，后期制作动画时还需要对模型进行微调，防止播放动画时出现模型错乱的情况。3.1.3骨骼建模人物外观设计好之后，需要设计人物的动作行为，让人物动起来。由于人体是一个复杂的生命系统，人体结构主要由206块骨骼、600多块肌肉以及指挥这些骨骼和肌肉的无数神经组成。人体还有多个用以链接骨骼与骨骼的关节，共有200多个自由度DOF
西安科技大学工程硕士学位论文18建立好矿工的理论模型之后，需要在计算机中实现。为了呈现虚拟人的逼真效果，除了实现理论模型，还需要对虚拟框的的外观、骨骼、表情、动作、智能行为等进行建模。3.1.2外观建模智能虚拟矿工需要建立一个虚拟人物模型，人物模型的外表是首先要建立的。在人物建模中，多边形建模是如今主流的生物建模技术。掌握多边形建模的最重要的问题在于正确定位点和线。通过正确定位顶点确定模型的精准度，而合理的布线方式能够保证模型在动画过程中不会出现面与面重合、遮挡等问题，从而避免模型错乱。通过对多个矿工的观察，在3dsMax中建立虚拟矿工外观底模如图3.1所示。根据模型优化方案，已成功将片面数缩减至较小，同时不影响人物模型的精度，优化前的人物模型有8869个面，优化后的人物模型有8055个面，面数减少了10%，达到了优化精简图形的目的。图3.1矿工初步底模图3.2矿工模型贴图绑定建立模型后，需要为模型添加光照贴图、渲染以实现视觉的真实效果，使任务更具有立体感，这里选择3dsMAX自带的展UV工具，对底模进行贴图。添加了贴图的虚拟矿工模型如图3.2所示。外观设计好之后，后期制作动画时还需要对模型进行微调，防止播放动画时出现模型错乱的情况。3.1.3骨骼建模人物外观设计好之后，需要设计人物的动作行为，让人物动起来。由于人体是一个复杂的生命系统，人体结构主要由206块骨骼、600多块肌肉以及指挥这些骨骼和肌肉的无数神经组成。人体还有多个用以链接骨骼与骨骼的关节，共有200多个自由度DOF
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟现实技术在煤矿领域的研究现状及展望[J]. 谢嘉成,王学文,李祥,杨兆建. 煤炭科学技术. 2019(03)
[2]Maya三维技术在动漫领域立体造型中的应用研究[J]. 钱玲如. 无线互联科技. 2018(02)
[3]虚拟现实技术在美国军队中的应用述评[J]. 孙柏林. 计算机仿真. 2018(01)
[4]煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统[J]. 张旭辉,陈利,马宏伟,毛清华,杜昱阳,赵友军. 工矿自动化. 2016(12)
[5]煤矿虚拟现实技术应用与发展[J]. 张辉,聂百胜,许滕. 煤矿安全. 2016(10)
[6]基于虚拟现实的煤矿大型设备培训系统研究[J]. 安葳鹏,孟卫娟,屈星龙. 测控技术. 2016(10)
[7]基于虚拟现实的煤矿可视化安全培训研究[J]. 刘屹,胡凌凤,谭章禄. 中国煤炭. 2015(06)
[8]煤矿火灾与人员逃生仿真[J]. 王敏. 信息与电脑(理论版). 2015(06)
[9]基于多视窗的一体化煤矿安全与监测系统[J]. 贺致芬,孙久运,邱银国. 金属矿山. 2014(08)
[10]基于Unity 3D的综采工作面仿真系统研究[J]. 翟东寒,郑晓雯,杜少庆,李玲辉,雷乔治. 机电产品开发与创新. 2014(04)
硕士论文
[1]煤矿全液压钻机虚拟操控与远程监测系统研发[D]. 刘睿全.西安科技大学 2018
[2]数字矿山三维可视化及虚拟现实技术研究[D]. 唐庆腾.中国矿业大学 2018
[3]基于3D Max软件在三维视觉形象设计中的应用研究[D]. 王忠鹏.西北大学 2012
本文编号：2998816
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