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《關(guān)于虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、關(guān)于虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)人工智能碰撞檢測(cè) 論文摘要：針對(duì)煤礦事故救援訓(xùn)練時(shí)高成本、耗時(shí)長、缺乏靈活性、不能適應(yīng)復(fù)雜的變化、存在危險(xiǎn)的問題，提出了一個(gè)將訓(xùn)練過程以游戲的方式進(jìn)行的虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。分析了該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，闡述了該系統(tǒng)各模塊的功能。并結(jié)合實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，就三維建模、粒子系統(tǒng)、碰撞檢測(cè)等技術(shù)進(jìn)行了探討?！ ?引言 近年來，我國煤礦應(yīng)急救援工作在減少礦山事故人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失、促進(jìn)礦山安全生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用。在救援時(shí)，救援行動(dòng)的成功與否取決于救援隊(duì)員能否迅速、正確地決策并實(shí)施，而這些又取決于救援人員的素質(zhì)和
2、他們平時(shí)訓(xùn)練水平。把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種訓(xùn)練學(xué)習(xí)工具，可以模擬或再現(xiàn)一個(gè)真實(shí)的環(huán)境，救護(hù)隊(duì)員可以通過進(jìn)入這個(gè)虛擬的環(huán)境，嘗試采取各種各樣的救援措施，從而獲得訓(xùn)練。把游戲引入訓(xùn)練過程中使訓(xùn)練具有趣味性和吸引力，從而激發(fā)了救護(hù)隊(duì)員的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練熱情，使隊(duì)員得到更好的訓(xùn)練。本文將介紹一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在第2部分描述了一個(gè)虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，第3部分就系統(tǒng)所用到的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，第4部分詳細(xì)描述了系統(tǒng)各模塊功能，并給出了瓦斯爆炸事故場景的模擬以及煤礦火災(zāi)事故救援訓(xùn)練場景的模擬，第5部分給出結(jié)論。 l虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 虛擬煤礦事
3、故救援訓(xùn)練系統(tǒng)主要用于礦山救護(hù)隊(duì)員事故救援的訓(xùn)練。提出利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一套以交互方式模擬接警、調(diào)度、現(xiàn)場指揮全過程模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容： 1)頂板冒落、火災(zāi)、水災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸事故過程的模擬； 2)各種事故救援方案的編制； 3)各種事故救援方案效果的自動(dòng)評(píng)估； 4)提供煤礦基本知識(shí)和完整的救援知識(shí)?！ √摂M煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將事故現(xiàn)場在計(jì)算機(jī)中真實(shí)再現(xiàn)。隊(duì)員可以像操縱一個(gè)PRG游戲一樣。可以置身于～個(gè)真實(shí)的煤礦中，可以身臨其境的去體驗(yàn)煤礦的各個(gè)環(huán)節(jié)和完成各種訓(xùn)練任務(wù)。主要訓(xùn)練救護(hù)隊(duì)員對(duì)突發(fā)事故的實(shí)時(shí)處理能力，如何救護(hù)，將損失降低到最低限
4、度。救護(hù)隊(duì)員通過自己的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合訓(xùn)練指導(dǎo)系統(tǒng)給出的參考指導(dǎo)，從而做出正確救援判斷。圖1所示為虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)?！ ?虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 2．1虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 1)建立3D模型關(guān)鍵技術(shù) 煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)主要采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)事故場景進(jìn)行再現(xiàn)。因此，在構(gòu)建3D模型時(shí)，鑒于煤礦自身的特殊性，因其地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備類型繁多等特殊條件，直接導(dǎo)致了礦山模型的復(fù)雜性和多樣性，模型的這種特點(diǎn)直接導(dǎo)致了對(duì)模型實(shí)時(shí)漫游等操作的效果難以保證。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用多細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)能較好地解決類似問題。為了增加整個(gè)場景的真實(shí)感和立體感，在建立建筑物等
5、的模型時(shí)，采用紋理映射…技術(shù)來控制場景復(fù)雜度、加速圖形繪制速度?！ ?)粒子系統(tǒng)建?！ ×Ｗ酉到y(tǒng)方法就是將大量的粒子圖元集合在一起，通過其屬性的變化表現(xiàn)物體的物理特性。每個(gè)粒子在任一時(shí)刻都具有隨機(jī)的形狀、大小、顏色、透明度、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度等屬性，并隨時(shí)間推移發(fā)生位置、形態(tài)的變化。每個(gè)粒子的屬性及動(dòng)力學(xué)性質(zhì)均由一組預(yù)先定義的隨機(jī)過程來說明。粒子在系統(tǒng)中要經(jīng)過產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和消亡三個(gè)階段，這三個(gè)階段中粒子的各種屬性隨時(shí)問的推移發(fā)生各種變化，從而充分體現(xiàn)出不規(guī)則物體的動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)性?！ ≡谔摂M煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)，場景中的火焰、煙、水束、爆炸等物體邏輯結(jié)構(gòu)很難表達(dá)，很難用幾個(gè)圖元表示。而粒子系統(tǒng)
6、適用于這類物體?！ ?)碰撞檢測(cè) 為了使煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng)的虛擬效果更富有真實(shí)感，碰撞檢測(cè)是必須要的。針對(duì)煤礦虛擬場景有著成千上萬個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體。這種虛擬場景的幾何復(fù)雜度使得碰撞檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度人大提高。然而精確的碰撞檢測(cè)又與人們對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相矛盾。因此需要一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)場景有效管理，二元空間分割樹(BSP樹)是一種對(duì)場景有效管理方法?！ ∪欢捎谶@種空問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特征使它們很難處理動(dòng)態(tài)場景。對(duì)此用一種基于BSP樹的快速算法來管理整個(gè)場景，一種半調(diào)整。這一算法主要是用于處理動(dòng)態(tài)物體的碰撞。它不需要完全重新構(gòu)建樹，可以通過部分調(diào)整使BSP樹結(jié)構(gòu)達(dá)到最合適的平衡狀態(tài)和保持最高的特性。
7、可以用一種調(diào)度算法來評(píng)估BSP樹開始失衡的地方，用一些策略來選擇改變分割平面，從而降低更新帶來的樹結(jié)構(gòu)改變的代價(jià)?！ ?虛擬煤礦事故救援訓(xùn)練系統(tǒng) 3．1事故場景模擬系統(tǒng) 在煤礦事故模擬系統(tǒng)中主要包括：頂板冒落、火災(zāi)、水災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸情形的模擬。限于篇幅，本文以瓦斯爆炸模擬為例?！ ∮捎谕咚贡ā⑷紵?、煙霧場景足由無數(shù)小顆粒隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，不僅外觀形狀極不規(guī)則，沒有固定的形狀，隨機(jī)性大，更重要的是它的顏色、形狀甚至
