基于虛擬現(xiàn)實的煤礦火災逃生培訓系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實技術、計算機仿真技術的發(fā)展，為礦山安全培訓技術的發(fā)展帶來了新的契機。虛擬現(xiàn)實技術與礦山安全培訓的結(jié)合，使該課題成為多學科、多領域交叉的問題。本文在借鑒前人研究成果的基礎上，利用虛擬現(xiàn)實技術作為可視化培訓平臺，結(jié)合礦山安全相關理論，對虛擬現(xiàn)實煤礦火災逃生培訓的關鍵技術進行研究。其主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)煤礦通風系統(tǒng)模擬的實時性研究。利用回路風壓平衡及cross迭代法對礦下風網(wǎng)進行解算?？紤]到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與解算模

2、塊的交互性，受訓人員的動作需干預到數(shù)值解算，本文采用重找最小生成樹及余樹的機制，當受訓人員動作影響到通風系統(tǒng)的時候，對相應的通風屬性進行動態(tài)更新并與解算模型無縫融合。
　　(2)虛擬現(xiàn)實平臺與數(shù)值解算模塊實時通信。利用游戲引擎Unreal Engine3（以下簡稱虛幻3）作為虛擬現(xiàn)實平臺具有視覺效果及開發(fā)效率上的優(yōu)勢，但由于其非開源性及技術保護的目的，對于接口有嚴格的規(guī)定，使得不同的引擎的接口規(guī)范不盡相同。本文從游戲引擎的特性入手

3、進行分析，采用TCP/IP技術作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，從而能夠直接調(diào)用引擎的網(wǎng)絡接口，使該方法具備一定的通用性。
　　(3)虛擬現(xiàn)實平臺外部接口與內(nèi)部粒子系統(tǒng)通信的問題。虛幻3引擎的免費開發(fā)包Unreal Development Kit中的粒子系統(tǒng)編輯器可以有效快速的制作煙氣彌散效果，但由于其面向?qū)ο鬄槊拦と藛T，未能開放外部接口。本文從煙氣的部分屬性入手，研究其對應的粒子系統(tǒng)屬性，并將該屬性暴露至接口，根據(jù)數(shù)值解算模塊的結(jié)果對巷道內(nèi)煙氣

4、進行控制。
　　(4)培訓原型系統(tǒng)具體實施過程中，煙氣效果的合理設計。由于虛擬現(xiàn)實技術的局限性并考慮到計算的復雜程度，對某些非關鍵性屬性進行合理取舍，受訓者視界之外不需對煙氣進行描畫。本文采取插值擬合的方式，取巷道起點及終點的狀態(tài)為輸入，根據(jù)受訓者所處空間位置計算出其視界范圍內(nèi)的煙氣狀態(tài)。
　　本文將傳統(tǒng)的煤礦通風數(shù)值解算與虛擬現(xiàn)實技術相結(jié)合，使以往的離線分析變?yōu)榭梢暬诰€培訓，通過對三維游戲引起的深入研究，總結(jié)出一套具有一