摘要：
传统的采矿工程在工程专业以及安全方面进行的教学，受到教学手段限制都没有达到预期的教学效果。本文对煤矿虚拟现实技术系统进行了研究，并对其开发应用进行了分析，事实证明对于采矿工程专业来说，虚拟现实技术的应用可以发挥重要的作用，值得我们推广。
关键词：
虚拟现实；采矿工程教学；开发应用
虚拟现实是一种人机界面技术，对自然环境中人的视、听、动等行为进行逼真模拟，通过对各类传感器、高性能计算机软件以及硬件的利用，创造出一个信息环境，让人有身临其境之感，从而对思维进行启发。矿井生产系统具有很强的复杂性，在传统教学模式中教师会用图片和模型相结合的方法进行讲解，学生很难理解，相比之下井下实习参观会取得更好的教学效果，但是太过耗时耗力，煤矿生产的特殊环境也为实习参观带来了一定的危险性。目前教学中一般会在完成了课程学习以后集中安排实习，而不是在课程学习的过程中，难以保证专业课的教学效果，所以务必要改进教学手段。
1系统设计和功能的实现
本文中从某煤矿的实际情况出发，使用专工具进行三维建模，包括采煤工作面、地面生产系统、巷道、井下机电设备以及工业广场，然后驱动合成了一个虚拟场景。在该虚拟场景中使用鼠标或键盘就可对虚拟人物进行控制，在每个场景中自由行走，还有语音介绍以及安全提示。其功能主要包括以下几点。
1.1对工业广场进行模拟
矿井的工业广场是一个综合性系统，包括生活和办公区域、机修厂、选煤厂、矿井、风井以及各种道路等，是为矿山生产提供服务的，体现矿区设施的规划和设计，我们为工业广场上的各个建筑物进行了三维空间场景模型的建立。
1.2对井下巷道进行模拟
井下的巷道和主要酮室包括中央变电所、区段运输巷、区段回风巷、师门、水泵房、车场等，进行这些模型的建立主要是为了将巷道的支护方式以及交叉位置、断面形状等展示出来，让学生有清晰的认识，同时也需要进行巷道空间布置系统三维模型的建立。
1.3对井下设备进行模拟
对井下各种采掘设备、辅助设备、提升设备和运输设备进行模拟，利用语音讲解的形式来告知学生这些设备的使用方法和注意事项。
1.4对采矿生产工艺以及环境进行模拟
在采煤机等生产系统开采矿井的时候，可以对其进行动态三维模拟，按照采煤工艺的要求进行模拟，展示采煤机是怎样移动的，其滚动是怎样转动的、摇臂具体是怎么反转的，以及对采煤机截煤、落煤过程的展示等。综采工作面上的液压支架是如何升、降、移、推的，整个操作过程也都可以利用虚拟现实显示技术看到。在计算机屏幕上会显示所有采矿作业的情况，每个场景都有与之配套的语音介绍以及安全提示。
1.5在井下巷道内漫游
虚拟现实系统中的虚拟人物从地面入井处进入，坐上罐笼下井到井底车场可以看到模拟的井底车场中央泵房和中央变电所，在井底车场自由行走可以对各种设备设施进行参观，同样在阶段大巷、综采工作面、运输巷一级采区上下山同样可以漫游参观。利用这种人机交互方式，操作人员进入虚拟的井下巷道一边行走一边四处观看，自然会有身临其境之感。
2系统的开发方法
2.1收集资料并进行整理，设计出总体结构
煤矿生产系统具有很强的复杂性，各个环节之间连接紧密，想要保证开发出来的系统能真正对生产过程进行再现，突出其中的重点环节，就必须先去收集必要的资料。可以选定一个实际的煤矿为依据来收集资料，具体包括各种设计图纸、生产图纸、设备的情况以及生产工艺和作业规程等。图片、视频、图纸以及数据等都是常见的资料形式，同时还要去现场进行实地调查。认真研究资料以后对其进行科学的简化和取舍，然后进行三维模型的建立，这样才能保证建造出的模拟场景与实际现场情况符合。
2.2建立系统实体三维场景模型
虚拟现实系统中场景模型是最直观的部分了，场景模拟的质量和软件的逼真程度有着直接关系，而且决定着软件运行的速度。模型粉伪静态和动态两种。静态模型包括工业广场、使用的设备、采煤工作面以及巷道和酮室，动态模型包括采煤工作面上运行的采煤工艺以及设备运作的过程。煤矿生产系统的场景是非常大的，需要对静态和动态模型分别进行建模，然后集中导入进来。建立静态模型的时候要进行几何建模，建立过程中不改变前景真实情况的前提下尽量简化线条，以多边形建模方法为主，对模型比例进行严格的控制。然后将进入形象建模过程，处理几何建模的纹理、颜色以及光照等，其中主要是纹理处理，可以有效提高虚拟场景的真实感。建立动态模型的时候主要依据设备的机械图纸来进行，适当进行简化，每个设备都要单独进行动态模型的建立。
作者：任丽君 单位：扎赉诺尔煤业有限责任公司职工教育培训中心
参考文献：
[1]徐剑坤,杨乾龙,杨乾霞.增强现实技术在采矿工程实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2013,(2):136-139.
[2]马文顶,吴作武,万志军,屠世浩,张源.采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践[J].实验技术与管理,2014,(9):14-18