煤礦副井提升系統(tǒng)是煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),是聯(lián)系地面和井下的“咽喉”部位,因此保證其正常運行就顯得尤其重要。但在日常作業(yè)中作業(yè)人員操作不熟練和維護失當(dāng)會導(dǎo)致提升機安全事故;同時近年來伴隨著高校的擴招和煤礦對安全生產(chǎn)的較高要求,礦業(yè)類院校的學(xué)生認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)的場地已不能滿足要求。目前,由于傳統(tǒng)的課堂灌輸式教學(xué)和現(xiàn)場培訓(xùn)效果不好、安全性不高等局限性,無法滿足培訓(xùn)提升機作業(yè)人員和礦業(yè)類院校學(xué)生實習(xí)的需求。針對這一現(xiàn)狀,將虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機交互技術(shù)應(yīng)用到煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究,設(shè)計了煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。本文根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)和提升機安全操作規(guī)程,綜合利用三維建模技術(shù)、渲染技術(shù)、碰撞檢測技術(shù)和嵌入式技術(shù),開發(fā)出一套可運行在Windows平臺下的煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。本文的研究內(nèi)容和成果可以歸納為以下三個部分。1)根據(jù)煤礦現(xiàn)場實際情況,采用三維建模技術(shù),建立井筒、巷道、罐籠、礦車和礦工等三維模型,并進行紋理、材質(zhì)、光照等三維渲染,為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)創(chuàng)造逼真的井上、井下環(huán)境。2)按照煤礦安全規(guī)程的要求,運用非線性編輯技術(shù)、三維引擎技術(shù)和碰撞檢測技術(shù)對場景進行二次開發(fā),實現(xiàn)人機交互、多視口顯示、聲音模擬、碰撞檢測響應(yīng)等功能,完成虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬場景的構(gòu)建。3)依據(jù)提升機現(xiàn)場操作臺和信號臺實物,以及對實際提升機操作人員技能培訓(xùn)要求,采用嵌入式技術(shù)制作了包括操作臺和信號臺的硬件電路和實體,通過串口通信實現(xiàn)操作臺和信號臺對提升機虛擬場景的操控,給學(xué)員以身臨其境的感覺。該系統(tǒng)集教學(xué)、練習(xí)和考核功能于一體,軟件界面友好、視頻流暢、可操作性強;電路設(shè)計合理、操作靈活可靠、實用性強;能夠增強培訓(xùn)的效率和效果,對煤炭安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。
【學(xué)位單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TD633;TP391.9
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 選題背景及意義
    1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展
        1.2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)國外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦業(yè)中的應(yīng)用
    1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)
2 煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析
    2.1 煤礦副井提升系統(tǒng)的構(gòu)成
    2.2 煤礦副井提升系統(tǒng)的操作臺和信號臺
        2.2.1 煤礦副井提升系統(tǒng)的操作臺和功能
        2.2.2 井口/井底信號臺和功能
    2.3 煤礦副井提升系統(tǒng)的操作步驟
    2.4 關(guān)鍵技術(shù)分析
        2.4.1 三維建模技術(shù)
        2.4.2 渲染技術(shù)
        2.4.3 碰撞檢測技術(shù)
        2.4.4 嵌入式技術(shù)
    2.5 本章小結(jié)
3 煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)總體設(shè)計
    3.1 系統(tǒng)的需求分析
    3.2 系統(tǒng)的總體方案
        3.2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
        3.2.2 系統(tǒng)的組成
    3.3 系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)路線
    3.4 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境
        3.4.1 三維建模軟件
        3.4.2 渲染工具
        3.4.3 非線性編輯軟件
        3.4.4 三維引擎
    3.5 本章總結(jié)
4 煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬場景的構(gòu)建
    4.1 模型建立的原則與流程
    4.2 模型的建立
        4.2.1 煤礦副井提升系統(tǒng)井上部分
        4.2.2 煤礦副井提升系統(tǒng)的井下部分
        4.2.3 罐籠和井筒
        4.2.4 礦車和礦工
        4.2.5 模型的合并
        4.2.6 烘焙與導(dǎo)出
    4.3 教學(xué)視頻的制作
    4.4 交互功能的實現(xiàn)
        4.4.1 主界面的程序設(shè)計
        4.4.2 視頻學(xué)習(xí)功能的程序設(shè)計
        4.4.3 模擬操作功能的程序設(shè)計
        4.4.4 題庫練習(xí)功能的程序設(shè)計
        4.4.5 試題考試功能的程序設(shè)計
    4.5 本章總結(jié)
5 煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件的設(shè)計
    5.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖
    5.2 硬件電路設(shè)計
        5.2.1 電源電路
        5.2.2 模擬量輸入電路設(shè)計
        5.2.3 開關(guān)量輸入電路設(shè)計
        5.2.4 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計
        5.2.5 開關(guān)量輸出電路設(shè)計
        5.2.6 串口通信電路設(shè)計
    5.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計
        5.3.1 主程序設(shè)計
        5.3.2 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換初始化
        5.3.3 串口通信中斷程序
    5.4 本章總結(jié)
6 煤礦副井提升機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)
    6.1 系統(tǒng)界面的實現(xiàn)效果
        6.1.1 初始界面的效果圖
        6.1.2 交互功能的效果圖
    6.2 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)
        6.2.1 操作臺的實現(xiàn)
        6.2.2 信號臺的實現(xiàn)
    6.3 本章總結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 本文研究工作總結(jié)
    7.2 發(fā)展展望
參考文獻
附錄 1
附錄 2
附錄 3
附錄 4
附錄 5
附錄 6
作者簡歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

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本文編號：2887336