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矿井安全生产虚拟现实系统的研究

作　者: 蔡治邦
导　师: 安葳鹏
学　校: 河南理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 虚拟现实三维建模三维可视化灾害仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 201次
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内容摘要

我国煤矿行业生产状况严峻,矿难事故频发,究其原因是由于从业人员对煤矿生产系统不熟悉,对生产系统不规范操作引起的。随着虚拟现实技术的发展,把虚拟现实技术与煤矿生产结合起来,能有效的提高煤矿从业人员的素质,抑制矿难事故的发生,对煤矿安全生产产生积极的影响,减少了国家经济损失。从国内外煤矿虚拟现实系统的研究状况可知,虚拟现实技术在煤矿上的应用还处于探索阶段。结合众多学者的研究结果,本文基于我国煤矿生产的特点对煤矿安全生产虚拟现实系统进行了研究。本着先进性和经济性相结合的开发要求,对系统进行了总体的分析设计,阐述了煤矿安全生产虚拟现实系统的结构、功能及其开发步骤。重点对煤矿巷道三维几何建模技术进行了深入的探讨,研究了巷道建模的数据来源、巷道中心线的逼近、巷道断面的建模、巷道交叉处的建模以及巷道交叉处的平滑处理,并在对巷道可视化研究的基础上,基于VC++和OpenGL建立了巷道的三维模型。结合灾害仿真技术,通过瓦斯爆炸和煤矿水灾等典型的灾害的模拟仿真,再现了煤矿生产的真实环境,最后整合出了煤矿安全生产虚拟现实系统。煤矿安全生产虚拟现实系统的研究开发对保障煤矿安全生产、提高从业人员的安全保护意识及企业的生产决策等具有重要的实用价值。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 引言  10-18
  1.1 选题的背景及研究意义  10-11
  1.2 在煤矿方面虚拟现实技术的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 国外的研究现状  11-14
    1.2.2 国内的研究现状  14-15
  1.3 矿井安全生产虚拟现实系统研究存在的问题及解决办法  15-16
    1.3.1 存在的问题  15-16
    1.3.2 解决的办法  16
  1.4 本文研究的主要内容及方法  16-17
  1.5 本章小结  17-18
2 矿井安全生产虚拟现实系统综述  18-28
  2.1 虚拟现实技术概述  18-20
    2.1.1 虚拟现实的3I 特征  18-19
    2.1.2 虚拟现实技术的组成  19-20
    2.1.3 虚拟现实技术的分类  20
  2.2 虚拟现实的关键技术  20-22
    2.2.1 多通道人机交互技术  20-21
    2.2.2 动态环境建模技术  21-22
    2.2.3 系统集成技术  22
    2.2.4 开发工具及其选择  22
  2.3 煤矿虚拟环境的构建方法  22-25
    2.3.1 煤矿开采系统  22-23
    2.3.2 煤矿开采系统的特点  23-24
    2.3.3 虚拟环境的构建方法  24-25
  2.4 煤矿虚拟现实系统虚拟环境构建应注意的几个问题  25-26
  2.5 本章小结  26-28
3 矿井安全生产虚拟现实系统的分析与设计  28-34
  3.1 需求分析  28-29
  3.2 设计思路  29
  3.3 设计步骤  29-30
  3.4 整体框架  30-32
  3.5 实现功能  32
  3.6 本章小结  32-34
4 煤矿巷道的三维建模  34-52
  4.1 巷道建模的数据源  34
  4.2 巷道数据的特点及数据模型的选择  34-35
    4.2.1 巷道数据的具体特点  34
    4.2.2 数据模型的选择方法  34-35
  4.3 巷道三维元素的拓扑关系  35-39
    4.3.1 巷道网络中的基本元素组成  36-38
    4.3.2 巷道网络组成元素之间的拓扑关系  38-39
  4.4 巷道三维几何建模的实现  39-48
    4.4.1 巷道中心线的逼近  39-40
    4.4.2 巷道断面的建模  40-44
    4.4.3 两条巷道交叉处建模  44-46
    4.4.4 三条巷道交叉处建模  46-47
    4.4.5 巷道交叉处平滑处理  47-48
  4.5 巷道网络的数据结构  48-50
  4.6 本章小结  50-52
5 煤矿巷道三维可视化  52-64
  5.1 煤矿巷道三维开发工具  52-54
    5.1.1 OpenGL 的主要特点及功能  52-53
    5.1.2 OpenGL 的基本工作流程  53
    5.1.3 OpenGL 图形基本操作步骤  53
    5.1.4 实现三维模型实时交互显示的方式  53-54
  5.2 基于 OpenGL 的三维巷道的可视化  54-56
    5.2.1 纹理映射技术  54-55
    5.2.2 模型优化技术  55
    5.2.3 场景优化技术  55-56
  5.3三维巷道可视化程序设计  56-61
  5.4 三维巷道可视化结果  61-62
  5.5 本章小结  62-64
6 矿井安全生产虚拟现实系统的实现  64-72
  6.1 我国煤矿灾害的基本概况  64
  6.2 矿井灾害的模拟仿真  64-68
    6.2.1 瓦斯灾害的模拟仿真  64-66
    6.2.2 煤矿水灾的模拟仿真  66-67
    6.2.3 其它灾害的模拟  67-68
  6.3 矿井运输系统的模型  68-70
    6.3.1 运输对象的建模方法  68
    6.3.2 运输系统建模  68-70
  6.4 矿井的建模实现  70
  6.5 本章小结  70-72
7 总结与展望  72-74
  7.1 总结  72
  7.2 展望  72-74
参考文献  74-78
作者简历  78-80
学位论文数据集  80

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