由于我國煤礦開采環(huán)境復(fù)雜,安全問題一直是困擾煤礦企業(yè)生產(chǎn)的難題,而影響煤礦安全的最主要因素是人。提高采礦工人的避災(zāi)技能素質(zhì)則能有效地保障煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。但是對于采煤過程中發(fā)生的災(zāi)難,人們不可能在現(xiàn)實的礦井環(huán)境下進行訓(xùn)練或驗證逃生的方法和技巧。如果構(gòu)建一個礦井巷道真實環(huán)境的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),并將虛擬人融入到虛擬礦井系統(tǒng)中,實現(xiàn)對礦工避災(zāi)培訓(xùn)的目的,則對于提高礦工技能素質(zhì)、減少煤礦災(zāi)害發(fā)生具有重要的意義。論文研究了基于骨骼框架的虛擬礦工模型,設(shè)計了虛擬礦工的外觀、表情、動作、智能行為以及交互方式,構(gòu)建了虛擬礦井模型和災(zāi)害場景,開發(fā)實現(xiàn)了智能虛擬礦工系統(tǒng)。首先考察和收集了礦井下的地形數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù);其次應(yīng)用3dsMax建模工具對礦井環(huán)境模型和人物模型進行建立,并將模型及紋理貼圖導(dǎo)入到Unity3D中;然后使用JavaScript語言來編寫人物控制器;最后使用C#語言完成礦井熟悉、用戶漫游、智能學(xué)習、災(zāi)難模擬、事故觸發(fā)等功能,并利用Unity3D自帶的粒子系統(tǒng)制作各種事故中需要的元素,如火焰、掉落的石塊、煤塊、煙霧、水等效果以展現(xiàn)井下事故,完成井下事故渲染設(shè)計,目前能模擬火災(zāi)、塌方、水害等災(zāi)害... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

系統(tǒng)開發(fā)流程

西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文18建立好礦工的理論模型之后，需要在計算機中實現(xiàn)。為了呈現(xiàn)虛擬人的逼真效果，除了實現(xiàn)理論模型，還需要對虛擬框的的外觀、骨骼、表情、動作、智能行為等進行建模。3.1.2外觀建模智能虛擬礦工需要建立一個虛擬人物模型，人物模型的外表是首先要建立的。在人物建模中，多邊形建模是如今主流的生物建模技術(shù)。掌握多邊形建模的最重要的問題在于正確定位點和線。通過正確定位頂點確定模型的精準度，而合理的布線方式能夠保證模型在動畫過程中不會出現(xiàn)面與面重合、遮擋等問題，從而避免模型錯亂。通過對多個礦工的觀察，在3dsMax中建立虛擬礦工外觀底模如圖3.1所示。根據(jù)模型優(yōu)化方案，已成功將片面數(shù)縮減至較小，同時不影響人物模型的精度，優(yōu)化前的人物模型有8869個面，優(yōu)化后的人物模型有8055個面，面數(shù)減少了10%，達到了優(yōu)化精簡圖形的目的。圖3.1礦工初步底模圖3.2礦工模型貼圖綁定建立模型后，需要為模型添加光照貼圖、渲染以實現(xiàn)視覺的真實效果，使任務(wù)更具有立體感，這里選擇3dsMAX自帶的展UV工具，對底模進行貼圖。添加了貼圖的虛擬礦工模型如圖3.2所示。外觀設(shè)計好之后，后期制作動畫時還需要對模型進行微調(diào)，防止播放動畫時出現(xiàn)模型錯亂的情況。3.1.3骨骼建模人物外觀設(shè)計好之后，需要設(shè)計人物的動作行為，讓人物動起來。由于人體是一個復(fù)雜的生命系統(tǒng)，人體結(jié)構(gòu)主要由206塊骨骼、600多塊肌肉以及指揮這些骨骼和肌肉的無數(shù)神經(jīng)組成。人體還有多個用以鏈接骨骼與骨骼的關(guān)節(jié)，共有200多個自由度DOF

西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文18建立好礦工的理論模型之后，需要在計算機中實現(xiàn)。為了呈現(xiàn)虛擬人的逼真效果，除了實現(xiàn)理論模型，還需要對虛擬框的的外觀、骨骼、表情、動作、智能行為等進行建模。3.1.2外觀建模智能虛擬礦工需要建立一個虛擬人物模型，人物模型的外表是首先要建立的。在人物建模中，多邊形建模是如今主流的生物建模技術(shù)。掌握多邊形建模的最重要的問題在于正確定位點和線。通過正確定位頂點確定模型的精準度，而合理的布線方式能夠保證模型在動畫過程中不會出現(xiàn)面與面重合、遮擋等問題，從而避免模型錯亂。通過對多個礦工的觀察，在3dsMax中建立虛擬礦工外觀底模如圖3.1所示。根據(jù)模型優(yōu)化方案，已成功將片面數(shù)縮減至較小，同時不影響人物模型的精度，優(yōu)化前的人物模型有8869個面，優(yōu)化后的人物模型有8055個面，面數(shù)減少了10%，達到了優(yōu)化精簡圖形的目的。圖3.1礦工初步底模圖3.2礦工模型貼圖綁定建立模型后，需要為模型添加光照貼圖、渲染以實現(xiàn)視覺的真實效果，使任務(wù)更具有立體感，這里選擇3dsMAX自帶的展UV工具，對底模進行貼圖。添加了貼圖的虛擬礦工模型如圖3.2所示。外觀設(shè)計好之后，后期制作動畫時還需要對模型進行微調(diào)，防止播放動畫時出現(xiàn)模型錯亂的情況。3.1.3骨骼建模人物外觀設(shè)計好之后，需要設(shè)計人物的動作行為，讓人物動起來。由于人體是一個復(fù)雜的生命系統(tǒng)，人體結(jié)構(gòu)主要由206塊骨骼、600多塊肌肉以及指揮這些骨骼和肌肉的無數(shù)神經(jīng)組成。人體還有多個用以鏈接骨骼與骨骼的關(guān)節(jié)，共有200多個自由度DOF

【參考文獻】：
期刊論文
[1]虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 謝嘉成,王學(xué)文,李祥,楊兆建.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2019(03)
[2]Maya三維技術(shù)在動漫領(lǐng)域立體造型中的應(yīng)用研究[J]. 錢玲如.  無線互聯(lián)科技. 2018(02)
[3]虛擬現(xiàn)實技術(shù)在美國軍隊中的應(yīng)用述評[J]. 孫柏林.  計算機仿真. 2018(01)
[4]煤礦掘進機器人虛擬仿真與遠程控制系統(tǒng)[J]. 張旭輝,陳利,馬宏偉,毛清華,杜昱陽,趙友軍.  工礦自動化. 2016(12)
[5]煤礦虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展[J]. 張輝,聶百勝,許滕.  煤礦安全. 2016(10)
[6]基于虛擬現(xiàn)實的煤礦大型設(shè)備培訓(xùn)系統(tǒng)研究[J]. 安葳鵬,孟衛(wèi)娟,屈星龍.  測控技術(shù). 2016(10)
[7]基于虛擬現(xiàn)實的煤礦可視化安全培訓(xùn)研究[J]. 劉屹,胡凌鳳,譚章祿.  中國煤炭. 2015(06)
[8]煤礦火災(zāi)與人員逃生仿真[J]. 王敏.  信息與電腦(理論版). 2015(06)
[9]基于多視窗的一體化煤礦安全與監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 賀致芬,孫久運,邱銀國.  金屬礦山. 2014(08)
[10]基于Unity 3D的綜采工作面仿真系統(tǒng)研究[J]. 翟東寒,鄭曉雯,杜少慶,李玲輝,雷喬治.  機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2014(04)

碩士論文
[1]煤礦全液壓鉆機虛擬操控與遠程監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)[D]. 劉睿全.西安科技大學(xué) 2018
[2]數(shù)字礦山三維可視化及虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究[D]. 唐慶騰.中國礦業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于3D Max軟件在三維視覺形象設(shè)計中的應(yīng)用研究[D]. 王忠鵬.西北大學(xué) 2012



本文編號：2998816