煤矿场景虚拟建模的研究与分析

发布时间：2017-05-20 03:15

  本文关键词：煤矿场景虚拟建模的研究与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：安全是煤矿进行正常开采和矿工生命安全的重要保障。近年来,政府虽然加大了在煤矿安全生产方面的投入,但因为煤矿生产属于地下工作,环境封闭、空间结构复杂,时刻都充满着不可预知性。因此,煤矿行业的发展始终受到煤矿事故的严重制约。利用VR技术开发的煤矿培训系统,能够对煤矿生产环境及不同的煤矿安全事故进行模拟仿真,为矿工提供了一种全新的安全生产培训模式。本文将VR技术应用到煤矿培训系统的开发,对系统开发过程中涉及到的VR理论和关键技术进行了讨论和研究,结合系统开发工具3Ds Max和virtools模拟出了矿井虚拟环境,并初步实现了煤矿培训系统的部分功能。具体工作如下:(1)对煤矿进行实地考察,收集井下相关资料和数据,了解煤矿作业环境和生产流程。依据当前VR技术在煤矿方面的应用及研究状况,确定本文所要研究的主要内容。(2)根据虚拟煤矿培训系统的功能和需求,对系统进行结构设计。详细阐述系统设计步骤,通过对系统的全局分析得出了仿真系统的整体组织构成,对各个功能模块展开详细设计。在系统考核方面本文提出了一种寓教于乐的全新考核模式。(3)本文提出了“中线加载断面”的巷道建模方法,对巷道截面的建模算法进行优化,重点研究了两巷道、三巷道交汇处的建模算法及巷道交汇出的平滑处理。最后运用3ds Max建模技术生成巷道模型。(4)研究了虚拟人物的建模的基本理论和方法,采用3ds Max多边形建模技术创建人物几何模型,将3ds Max与Pro/E相结合对井下采煤机、液压支架等生产设备进行模型创建,实现了井下设备的模型仿真。(5)运用Virtools技术实现虚拟煤矿系统中虚拟人物的控制、不同视角摄像机的控制、场景的三维漫游等功能。结合包围盒碰撞检测法实现虚拟场景中对象的碰撞检测。
【关键词】：煤矿培训 虚拟现实 巷道建模 场景仿真 virtools
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD79;TP391.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题的背景及理论意义11-13
• 1.1.1 选题的背景11-12
• 1.1.2 选题的意义12-13
• 1.2 课题内容的国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16
• 1.3 本文内容组织结构16-19
• 第二章 虚拟现实理论及关键技术19-31
• 2.1 虚拟现实技术概述19-20
• 2.2 虚拟现实系统的特点及分类20-23
• 2.2.1 虚拟现实系统的特点20-21
• 2.2.2 虚拟现实系统的分类21-23
• 2.3 虚拟现实系统的构成23
• 2.4 虚拟现实关键技术23-30
• 2.4.1 虚拟场景建模技术23-25
• 2.4.2 三维漫游技术25-27
• 2.4.3 碰撞检测技术27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 煤矿培训系统的设计31-45
• 3.1 系统开发工具的选择31-36
• 3.1.1 3ds Max仿真建模工具31-34
• 3.1.2 virtools虚拟实景编辑软件34-36
• 3.2 系统功能36-37
• 3.3 系统设计流程37-38
• 3.4 系统整体设计38-39
• 3.5 系统模块设计39-43
• 3.5.1 三维漫游模块39-40
• 3.5.2 安全生产培训模块40-41
• 3.5.3 安全事故防治模块41-42
• 3.5.4 事故避灾训练模块42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 煤矿巷道建模及算法实现45-61
• 4.1 巷道建模数据源及特点45
• 4.1.1 巷道建模的数据源45
• 4.1.2 巷道数据的特点45
• 4.2 巷道三维网络拓扑45-49
• 4.2.1 巷道基本元素组成46-48
• 4.2.2 巷道网络拓扑关系的建立48-49
• 4.3 巷道建模算法49-60
• 4.3.1 巷道中心线的逼近49-51
• 4.3.2 巷道截面建模算法及优化51-56
• 4.3.3 两巷道交汇建模及算法56-58
• 4.3.4 三巷道交汇建模及算法58-59
• 4.3.5 巷道交汇处的平滑处理59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 虚拟人物及井下设备建模61-71
• 5.1 虚拟人物几何建模技术61-62
• 5.1.1 关节模型61-62
• 5.1.2 表面模型62
• 5.1.3 实体模型62
• 5.2 虚拟人物模型建立62-65
• 5.2.1 头部模型的建立62-64
• 5.2.2 人物身体建模64-65
• 5.3 综采设备建模65-69
• 5.3.1 建模数据65-66
• 5.3.2 综采设备建模方法66-67
• 5.3.3 采煤机几何模型创建67-68
• 5.3.4 液压支架几何模型创建68-69
• 5.4 其他设备几何模型创建69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第六章 煤矿培训系统的实现71-83
• 6.1 虚拟场景合成71-73
• 6.2 漫游实现73-79
• 6.2.1 虚拟人物控制实现73-77
• 6.2.2 摄像机控制的实现77-79
• 6.3 碰撞检测的实现79-80
• 6.4 系统发布80-81
• 6.5 本章小结81-83
• 第七章 总结与展望83-85
• 7.1 总结83
• 7.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果91

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