数字矿山三维可视化及虚拟现实技术研究

摘要

煤炭资源在我国能源结构中占主体地位，在当前国内能源结构转型以及我国生态环境容量限制之下，采矿行业转型是大势所趋，以往过于粗放的开采方法对于资源和生态环境都造成了巨大的伤害。随着计算机技术、信息技术、通信技术、等技术的发展，数字矿山是信息时代的必然产物。而虚拟现实可视化是实现“数字矿山”与人交互的窗口和工具。本文提出将数字矿山三维可视化以及虚拟现实技术应用于矿业工程，建立了数字矿山虚拟现实平台。该平台在矿井可视化生产管理、矿井智能开采、矿井生产教学培训等领域的研究具有重要的意义。论文主要研究成果如下： （1）结合数字矿山建模技术、计算机图形渲染技术以及HTC Vive虚拟现实头盔，深入研究了虚拟现实空间定位技术及交互原理，提出了数字矿山虚拟现实平台开发流程，该流程可以指导快速实现各类矿井的虚拟现实平台开发并服务于矿井可视化管理。 （2）建立了数字矿山三维可视化模型，包括矿井巷道布置、巷道结构、生产设备和工业场地等模型。深入研究了图形渲染技术原理，在Unity3D中实现了真实感数字矿山三维可视化场景的建立，为数字矿山虚拟现实平台的开发建立基础。 （3）完成了数字矿山虚拟现实交互式应用程序的开发，研究了虚拟现实人机交互技术，实现了数字矿山三维可视化场景中的角色移动功能以及设备交互功能。该程序为矿井井下瓦斯监测监控、矿井矿压及支护监测、矿井生产管理、矿井实习教学、矿井生产培训等可视化研究提供技术基础。 （4）通过空间位置变换算法实现了导航系统的开发。该系统能够根据用户在矿井中的位置精确地在导航系统中显示用户所在位置。导航系统技术可用于矿井井下人员定位、人员移动路线记录等可视化实现，提高矿井安全管理水平。

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