虚拟现实煤矿建设方案

虚拟现实煤矿建设方案内容摘要：

VR 技术的三个主要方面。 8 . 实物虚化 实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，主要包括基本模型构建，空间跟踪，声音定位，视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成， 虚拟环境对用户操作的检没和操作数据的获取成为可能。 它的体系基于以下几种技术： （ 1）基本模拟构建技术。 它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的 3D虚拟世界中重构，并根据系统需保存部分物理属性。 例如车辆在柏油地，草地，沙地和泥地上行驶的情况会有所不同，或对象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天，晴天，雨雾）等等。 （ 2）空间跟踪技术。 主要是通过头盔显示器，数据手套，数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头，手，躯体或其他操作物在 3D虚拟环境中的位置和方向。 （ 3）声音跟踪技术：利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差，相位差，声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。 （ 4）视觉跟踪与视点感应技术。 使用从视频摄像机到 X－ Y 平面阵列，周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。 . 虚拟实化 虚拟实化是指确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉，听觉，力觉和触觉等感官认知的关键技术。 能否让参与者产生沉浸感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触 觉和力觉感知。 力觉感知主要由计算机通过力反馈手段，力反馈操纵杆对手指产生运动从而使用户感受到作用力的方向和大小。 触觉反馈主要是基于视觉，气压感，振动触感，电子触感和神经，肌肉模拟等方法来实现的。 . 高性能计算处理技术 高性能计算处理技术主要包括数据转换和数据预处理技术；实时，逼真图形图像生成与显示技术；多种声音的合成与声间空间化技术，多维信息数据的融合，数据压缩以及数据库的生成；包括命令识别，语音识别，以及手势和人的面部表情信息的检测等在内的模式识别；分布式与并行计算，以及高速，大规模的远程 网络技 9 术。 10 3. 虚拟现实技术的应用 虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。 人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得真实世界中一样的感受。 当人们需要构造当前不存在的环境（合理 虚拟现实），人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。 因此，虚拟现实的应用领域十分广泛，主要在工程设计，计算机辅助设计（ CAD），数所据可视化，飞行模拟，多媒体远程教育，远程医疗，艺术创作，游戏，娱乐等方面。 . 虚拟显示技术的应用 . 虚拟现实在军事的应用 军事是 VR 技术最早的研究与应用的领域之一， 1983 的 DARPA 和美国陆军共同制定的SIMNET（ SIMulator NETworking）研究计 划，将分散在不同地点的地面坦克，车辆仿真器通过计算机网络联合在一起，进行各种复杂任务的训练和作战演练。 利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的多快好省的研究战争，培训指挥员的方法。 也是由于虚拟现实技术达到很高水平，所以尽管不进行核试验，也能不断改进核武器。 战争实验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。 . 在产品设计与性能评价方面的应用 波音 777由 300万个零件组成，所有的设计在一个由数百台工作站组成的虚拟环境中进行。 设计师戴上头盔显示器后，可以穿行于设计中的虚拟 “飞机 ”，审视 “飞机 “的各项设计指标。 . 在教育行业的应用 将 VR 技术应用于教育可以使学生能够游览海底，遨游太空，观摩历史城堡，甚至深入原子内部观察电子的运动轨迹和体验爱因斯坦的相对论世界，从而更形象地获取知识，激发思维。 . 在娱乐行业的应用 第一个大规模的 VR 娱乐系统 “BettleTech“，将每个 ”座舱 “仿真器连网进行组之间的对抗，3D 逼真视景，游戏杆，油门，刹车和受到打击时的晃动给用户很强的感官刺激。 也是虚拟现实最广阔的用途。 11 . 高难度和危险作业环境下的训练 VR 还可以应用于高难度和危险环境下的作业训练。 如医疗手训练的 VR 系统，用 CT 或MRI数据在计算机中重构人体或某一器官的几何模型，并赋于一定的物理特征（例如密度，韧度，组织比例等），通过机械手或数据手套等高精度的交互工具在计算机中模拟手术过程，以达到训练研究的目的。 一是虚拟人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更容易了解人体的构造和功能。 另一种则是虚拟手术系统，可用于指导手术的进 行。 对复杂过程进行事先规划，在远程医疗中，虚拟现实技术也很有潜力。 美国的 NASA和欧洲空间局 ESA曾成功地将 VR 技术应用于航天运载器的空间活动，空间站的操作对哈勃太空望远镜维修方面的地面训练。 VR 技术在煤矿的应用既属于危险环境下的操作，也属于 CAD，为煤矿安全生产，优化设计和矿工技术培训等提供了一种更为有效的手段。 . 在科研开发中的应用 在科技开发上，虚拟现实可缩短开发周期，减少费用。 虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。 用它来设计新材料，可以预先了解 改变成分对材料性能的影响。 在材料还没有制造出来之前便知道用这种材料制造出来的零件在不同受力情况下是如何损坏的。 . 在对象可视化领域中的应用 在对象可视化领域中， VR 技术应用的例子是模拟风洞。 模拟风洞可以让用户看到模拟的空气流场，使他感到就像真的站在风洞里一样。 虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性和效果、空气循环区域、旋涡被破坏的乱流等。 . 我国虚拟现实的应用现状 VR 技术是一项投资大，具有高难度的科技领域，和一些发达国家相比，我国还有一定的差距，但已引起我国政府有关部门 和科学家们的高度重视。 根据我国国情，制定了开展 VR技术的研究，例如： “九五 “攻关计划，国家 863计划，国家自然科学基金会等都把 VR 技术的研究列入了资助范围。 我国军方对 VR 技术的发展关注较早，而且支持研究开发的力度也越来越大。 在紧跟国际新技术的同时，我们国内的一些院校和科研单位，陆续开展了 VR 技术的研究，而且可喜的是，已经实现或是正在研制的虚拟现实系统也有不少。 12 4. 虚拟现实教学系统 多媒体技术（ MT）和信息技术（ IT）为教学，实验和实训的发展带来了新的契机，同时也为高等教育的现代化带来了新的机遇，需求和挑战。 虚拟现实技术进入高校教学能形象生动地表现教学内容，有效地营造一个跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识，代替学生较困难的实习，提高学生掌握知识，技能的效率，达到优化教学过程，提高教学质量的目的。 . 虚拟现实对高校教学的影响 . 有利于挖掘高校潜能 引入虚拟现实高技术可改善高等教育的教学环境，扩大更高的承载能力，适合目前我国高校扩招的发展 要求。 . 建设 “常新 “型的实验实训基地 利用多媒体技术，半实物仿真与虚拟现实相结合的方法，建造虚拟演练的现代化实验实训基地，其 “设备 “或 ”部件 “多是 ”虚拟 “的，可根据发展需要重新 ”生成 “新设备，也可使 ”设备 “和教学内容在虚拟环境中不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展，以培养高素质的毕业生，保证知识型的技术人才和管理人才能满足经济发展的要求。 . 促进数字化校园的建设 虚拟现实所需的超高速，多媒体的数据传输，大容量的数据存储，以太数据的分布式与并行化无疑是促进高校信息化建设的催 化剂。 它能为教育技术专业队伍提供一个高起点的科研环境，促进教育技术学的学科建设更上一个新的层次。 . 发展虚拟教学 课堂教学不再局限于有形的教室中，教学活动的空间和时间得到了无形扩展，将进一步向虚拟课堂，虚拟大学发展。 虚拟现实也将为高校扩大招生后设置的分校和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，使资源由一校 “独占 “变为多校 ”共享 “。 通过交互式远程教学的课程目录和网站，由局域网工具变为校园网站链接，可对各个行业提供开放性的，远距离的继续教育，及其急需的课程教学，还可为社会提供新技术和高等职业培 训的机会，促进全国教育水平的提高。 . 虚拟现实技术对教学的影响 13 教学改革的目标是实现教学现代化，提高教学效益和质量，全面提高学生素质。 然而，教学现代化并非只是设备的现代化，它应包含更深刻的含义，包括：教学观念现代化，教学内容现代化，教学手段现代化，实习方便现代化。 . 教学观念的变化 传统的教学观念主要是 “传道，授业，解惑 “，教学观念决定了教学组 织形式和教学方法。 教学组织形式通常是以班授课为主，授课则主要采用课堂讲授法，教师是教学的中心，由教师决定教学内容，结构，教学方法及教学进度，这种教学方法以教为主，学生始终处于被动的学习环境中。 现代化的教学方法要求改变传统的课堂讲授式为启导思维，以教导激发感情，并赋予学生学习的主动性。 虚拟现实教学有利于创造这样的环境，以教师为中心的授课形式将会被改变，以学生为中心的个别化教学，合作化教学和环境中自我控究得以真正实现。 虚拟现实正是现代教育思想指导下，使用新技术改进教学方法的尝试。 引入虚拟现实技术到教学，从多媒体 虚拟现实系统的组织形式看，虚拟现实是非线性的网络结构，逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能，在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构，变学生的 “被动听讲 ”为 “主动学习 ”，由 “要我学 ”转变为 “我要学 ”。 在这种情况下，教。