煤矿生产系统是一个复杂的时变系统,而基于矿井开采的生产方式更增加了煤炭生产过程中的不安全因素。研究表明,对煤矿从业人员进行安全生产培训可以有效地减少安全事故的发生,而传统的培训方式存在形式单一、内容枯燥、缺乏互动等问题。针对这些不足,以某煤矿21304工作面为应用背景,设计并开发了基于虚拟现实技术的综采工作面仿真系统。主要研究内容如下:(1)通过分析综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机及其他机械设备的特点及布局,结合虚拟现实技术在国内外矿业领域应用的研究现状,提出了综采工作面仿真系统的设计方案,并对其关键技术进行了研究。(2)论述了模型创建的流程以及模型优化的技术细节。以采煤机和液压支架为例,详细阐述了几何建模、行为建模、贴图烘焙、灯光布置的建模过程,同时分析了模型渲染输出及导出的流程。(3)基于Unity3D虚拟现实引擎开发了仿真系统的视频学习模块、模拟操作模块和井底漫游模块,并利用Unity3D的粒子系统开发了采煤机喷雾除尘特效和煤块跌落、煤流运动的视觉特效。基于Access数据库和C#语言开发了理论考试模块。(4)利用现代电子技术开发了仿真系统的模拟操作平台,分别就平台的硬件电路设计、软件编程进行研究,利用RS232串行通信接口将模拟操作平台与上位机软件连接,实现系统集成。该系统集视频学习、模拟操作、井底漫游和理论考试功能于一体,具有内容丰富、操作方便、交互友好的特点,弥补了传统培训方式的不足,提高了煤矿企业员工的培训效率,具有广阔的应用前景和推广价值。