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虚拟现实技术(Virtual Reality)是近十多年来发展起来的高新技术,被称为二十一世纪对人类有巨大影响的十大高新技术之一。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛,几乎到了无所不包、无孔不入的地步。
在国外,虚拟实现技术应用于煤炭行业,保证了生产,提高了作业效率。在国内,它在煤炭领域的应用却刚刚起步。煤是我国的主要能源之一,大部分的开采是靠人工挖掘,而在地下环境中很难透明的监控开采作业情况,煤矿事故时有发生。本文将虚拟现实技术与传统的煤炭行业相结合,对煤矿事故三维建模相关技术进行了研究,并设计实现了煤矿事故三维重现系统。煤矿事故三维重现系统是利用VR软硬件设备,模拟出煤矿巷道环境,并在其中对煤的突出和瓦斯的突出事故仿真,用户通过参数控制在其中进行煤矿事故模拟和分析。本文的主要研究内容如下:
(1)设计了一种动态的预处理煤矿巷道的三维地理位置信息的算法。利用AutoCAD加工处理煤矿巷道的三维地理信息的原始数据,通过本文设计的信息处理的算法,从AutoCAD导出的后缀为dfx的文件中解析、分离、存储系统所需的有效信息。
(2)提出了一种基于节点-边-三维巷道的建模方法。利用三维矢量的表面模型(线框模型)建立了巷道体和巷道节点的三维模型。并给三维虚拟煤矿巷道建立一定的拓扑结构,便于进一步拓展系统其它模块的功能。
(3)三维动态地仿真了煤矿事故中煤的突出事故。重点研究了煤的突出事故仿真模型的建立过程,包括煤块的仿真、大量煤块突出的运动轨迹的模拟及突出路径的研究。最后利用OpenGL显示列表优化了事故过程,提高了系统执行的效率。
(4)模拟仿真了煤矿灾难中瓦斯突出事故。对瓦斯突出事故进行参数可控三维仿真,利用巷道的拓扑结构,模拟了瓦斯在煤矿巷道内突出的过程。
(5)对煤矿事故三维重现系统进行了总体设计。在WindowS环境下,基于visualC++6.0和OpenGL开发了一个煤矿虚拟现实系统,并结合实例,模拟了煤矿巷道的环境,及对煤和瓦斯的突出事故进行了三维仿真。最后,实现了对巷道风向显示及瓦斯浓度显示等功能,为下一步结合传感器传回监控数据显示作了尝试性的研究。