虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全工程中的應(yīng)用

高吉來

（貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院， 貴州 貴陽 550025）

1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要立足于人機(jī)交互的形式，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效應(yīng)用來促進(jìn)計(jì)算機(jī)可操作性水平的綜合提升。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的過程之中，相關(guān)的操作人員必須要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)以及各種顯示器的高效控制以及綜合應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)上直接形成相互交互的三維環(huán)境。由此可以看出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的想象力，交互性以及沉浸感相對比較強(qiáng)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)容以及形式越來越復(fù)雜。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)綜合性相對比較強(qiáng)的應(yīng)用技術(shù)，大部分的研究內(nèi)容以及關(guān)鍵技術(shù)，主要由以下幾點(diǎn)為主：作為虛擬環(huán)境介質(zhì)中的重要組成部分以及關(guān)鍵，核心環(huán)境建模主要以三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)獲取為立足點(diǎn)，嚴(yán)格按照不同運(yùn)動的實(shí)質(zhì)需求積極地獲取三維數(shù)據(jù)構(gòu)建的具體模型。其次是立體聲合成以及立體顯示技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用必須要以系統(tǒng)的框架為基礎(chǔ)，在聲音消除以及用戶頭部運(yùn)動的過程之中，兩者之間的相關(guān)性是專家研究的重點(diǎn)以及基礎(chǔ)。在面臨不同復(fù)雜情境的過程之中，相關(guān)的管理工作人員必須要立足于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)，分析不同技術(shù)的具體要求以及相關(guān)的內(nèi)容。再次是觸覺反饋，在研究力學(xué)反饋裝置的過程之中，工作人員所面臨的工作壓力較大，相關(guān)的技術(shù)人員除了需要解決高精度裝置中的高成本以及大重量之外，還需要積極地分析兩者之間的相關(guān)性。另外交互技術(shù)以及系統(tǒng)集成技術(shù)也是以及核心內(nèi)容，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的過程之中三維交互技術(shù)十分重要，系統(tǒng)集成技術(shù)主要包括同步技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及合成技術(shù)和識別技術(shù)?？偟膩砜矗摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有信息化、集成化的特點(diǎn)，這符合復(fù)雜多元的煤礦安全工程的實(shí)際需求，能夠突破時(shí)間和空間的限制，對各類真實(shí)情景進(jìn)行預(yù)測和分析，促進(jìn)問題的高效解決[1]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全工程中應(yīng)用的領(lǐng)域

通過對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)的深入分析以及研究可以看出，在煤礦安全工程生產(chǎn)的過程之中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所發(fā)揮的作用不可小覷。首先，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過科學(xué)的研究實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)模擬的形式來真實(shí)地再現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程，為了獲得科學(xué)安全的研究成果，工作人員必須要采取直觀化的形式來進(jìn)行有效地展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可視化技術(shù)與多媒體技術(shù)之間的有效組合，營造一種真實(shí)虛擬的環(huán)境，保障研究板塊之間的合理性以及互動性，避免不同板塊過于獨(dú)立。操作人員也可以采取集中展現(xiàn)的形式完整地呈現(xiàn)整個(gè)立體效果，采取人機(jī)交互的形式對最終的表示結(jié)果進(jìn)行有效的控制，通過改變具體的動態(tài)來了解最終的計(jì)算結(jié)果。

其次是安全性能上的設(shè)計(jì)，對于煤礦安全產(chǎn)品來說，在實(shí)踐運(yùn)作的過程之中必須要以提高自身的安全性為核心，在產(chǎn)品未生產(chǎn)之前人們無法感受產(chǎn)品的真實(shí)安全性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則能夠?yàn)橛脩籼峁┨崆邦A(yù)知的機(jī)會，讓消費(fèi)者能夠進(jìn)行提前的感知。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過模擬的形式來積極地提供一種虛擬的真實(shí)產(chǎn)品模型，讓使用者以及設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品生產(chǎn)之前就能夠輕松地感受到產(chǎn)品的具體性能以及安全特點(diǎn)，這一點(diǎn)不僅能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供真實(shí)可靠的依據(jù)，還能夠幫助消費(fèi)者進(jìn)行準(zhǔn)確真實(shí)的判斷[2]。

再次是救災(zāi)指揮決策，在煤礦產(chǎn)生安全事故之前，工作人員可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及時(shí)地了解現(xiàn)場事故的具體情況，另一方面該技術(shù)還能夠及時(shí)預(yù)測事故可能發(fā)展的趨勢，通過遠(yuǎn)程操控的形式來積極地實(shí)現(xiàn)與其他模擬器數(shù)據(jù)線的有效結(jié)合。工作人員可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來對可能發(fā)生的事故進(jìn)行有效的模擬，真正地為限時(shí)訓(xùn)練工作以及演練工作提供有效的依據(jù)。

除此之外，技術(shù)操作人員可以嚴(yán)格按照不同事故產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)原因，在某一個(gè)區(qū)域之內(nèi)建造事故模擬以及訓(xùn)練的訓(xùn)練技術(shù)系統(tǒng)，讓工作人員能夠在具體情景感知的過程之中，積極地接受后續(xù)的教育以及實(shí)踐，不斷地在操作訓(xùn)練之中提高個(gè)人的事故處理能力，更好地保障自身的戰(zhàn)斗力以及操作水平，從而符合工作的現(xiàn)實(shí)需求。

3 安全工程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦安全工程，所涉及的內(nèi)容以及范圍相對比較復(fù)雜，工作人員必須要對不同領(lǐng)域之中安全工程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的具體側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行主動的分析以及研究。其中使用者可以通過外圍設(shè)備系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中的相關(guān)設(shè)備了解具體的操作技巧，除了這一點(diǎn)之外，該技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操控環(huán)節(jié)之間的有機(jī)組合，其中用戶可以利用鼠標(biāo)直接在這個(gè)界面進(jìn)行相應(yīng)的操作，控制工作人員可以結(jié)合工作面之中的具體應(yīng)用情況進(jìn)行移動以及篩選。為了能夠真正地實(shí)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)之間的緊密互動以及聯(lián)系和配合，工作人員需要積極地構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)信息系統(tǒng)，明確煤礦安全生產(chǎn)的具體運(yùn)作要求，分析煤礦安全工程的相關(guān)環(huán)節(jié)以及內(nèi)容，積極地選擇針對性的解決策略，保障整個(gè)煤礦工程的安全性以及合理性。總而言之，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的緊密聯(lián)系，為工作人員提供更多真實(shí)可靠的依據(jù)，更好地促進(jìn)生產(chǎn)以及管理資源的合理配置和利用。

如果站在微觀的角度對安全工程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，那么具體的側(cè)重點(diǎn)差異較大并且煤礦安全工程的工作環(huán)節(jié)較為復(fù)雜且涉及面很廣。比如工作面火災(zāi)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要考慮兩個(gè)方面。其一是工作面內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型的可靠性和真實(shí)性，其二是火災(zāi)模擬的真實(shí)度。該系統(tǒng)主要包括一套外圍設(shè)備、兩個(gè)接口以及兩個(gè)模型。具體為虛擬現(xiàn)實(shí)外圍設(shè)備系統(tǒng)，外圍設(shè)備以及兩個(gè)模型接口，三維模型云頂以及控制接口，火焰模型系統(tǒng)以及火災(zāi)煙氣，工作面真實(shí)感三維立體模型系統(tǒng)。

在外圍設(shè)備系統(tǒng)操作的過程中，技術(shù)工作人員需要結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作條件，利用外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)與其他環(huán)節(jié)的聯(lián)系和互動，比如操作員可以利用三維模型接口程序控制工作面以及火災(zāi)的實(shí)際情況，以此來加強(qiáng)對鼠標(biāo)以及其他配件的操作和控制。在建立相關(guān)程序時(shí)，因?yàn)榛馂?zāi)模型以及工作面模型比較復(fù)雜和多元，因此需要運(yùn)用三維處理程序來運(yùn)作，以此來提高立體感和真實(shí)度。在獲得最終的操作結(jié)果之后，操作員可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)外圍設(shè)備系統(tǒng)直接將結(jié)果輸出到外圍設(shè)備中，比如顯示器以及熒幕、投影。

用戶在操作整個(gè)界面的過程中可以利用以鼠標(biāo)為主的外圍設(shè)備，操作員則可以直接漫游于工作面，比如長按鼠標(biāo)的右鍵并且水平移動就可以直接控制整個(gè)工作面的水平變換，長按鼠標(biāo)的左鍵，根據(jù)工作需要移動位置便可以控制整個(gè)界面的運(yùn)動方向。這種簡單易操作的界面設(shè)置和框架設(shè)計(jì)能夠?yàn)橛脩籼峁└嗟谋憷?/p>