基于Unity3D的综采工作面全景虚拟现实漫游系统的设计与实现

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综采工作面是煤炭生产最重要的组成部分,其能否安全、顺利运行将直接影响到整个煤炭生产开采的过程,改善目前综采工作面中存在的安全教育培训和实时监测控制等问题,对于提高矿工的生命安全和生活质量,提升煤矿企业的安全管理具有重大的现实意义和广阔的应用前景。针对传统煤矿生产安全教育和技术培训上教学方式枯燥乏味,而矿工不能进行实际操作,缺乏上手体验机会的种种问题,本文利用先进的虚拟现实漫游技术,以Unity3D游戏引擎为系统开发平台,通过3Dmax、UG等建模软件,C#、JS开发语言,MonoDevelop集成开发环境,完成了综采工作面的创建、机械设备的仿真运动和矿工漫游等,并基于交互理论实现了采煤机的人机交互体验。主要工作体现在以下几个方面:第一、基于模型建造理论,提出使用3Dmax和UG两个不同建模软件相互配合建立模型的解决方案,使不同的模型满足不同的需求,外观要求高但运动操作要求低的采用3Dmax建模,父子运动操作功能要求高的采用UG建模,充分且有效地满足了用户视觉和交互操作上的需要;第二、基于运动仿真技术理论,利用Unity3D开发平台,实现了模拟实际工作中综采三机的单机的运动和三机协同运动,为综采工作面虚拟现实的漫游体验和虚拟操作打下强大的环境基础;第三、基于整体漫游行为路径的设计与设置理论,实现了重点机器和区域的介绍和漫游,并应用此理论分别完成了矿工的自动漫游路线和自主漫游路线,为企业安全教育和技术培训规划重点,提高了培训效率;第四、基于服务设计中的交互理论,加之对用户的情感化需求进行调研与分析,在漫游过程中完成了采煤机自动操控UI界面的设计,实现了采煤机的虚拟操作。为了使漫游效果更加逼真,还进行了包括声音特效、粒子特效和运动特效在内的仿真特效的相关模拟,实现了虚拟现实漫游体验中的沉浸感;第五、基于软件开发的测试理论,对漫游系统的PC端和和网页版发布进行了测试,解决了系统在不同使用环境中运行时产生的浏览、操作等问题,确保了系统的稳定运行。最终建立的综采工作面全景虚拟现实漫游系统,可以实现矿工在虚拟环境中的模拟实训,大幅降低其未来在真实环境中操作错误的概率,从而提高技术操作的安全水平以及应对安全事故的应急处理能力,大幅提高生产力,创造潜在的巨大经济价值。
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