虛擬現(xiàn)實技術(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)實的概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要立足于人機交互的形式，通過計算機技術(shù)的有效應(yīng)用來促進計算機可操作性水平的綜合提升。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的過程之中，相關(guān)的操作人員必須要實現(xiàn)計算機圖形系統(tǒng)以及各種顯示器的高效控制以及綜合應(yīng)用，在計算機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)實技術(shù)的想象力，交互性以及沉浸感相對比較強，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)容以及形式越來越復(fù)雜。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個綜合性相對比較強的應(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，嚴格按照不同運動的實質(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動的過程之中，兩者之間的相關(guān)性是專家研究的重點以及基礎(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算機圖形學(xué)研究的現(xiàn)實表現(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，在計算機圖形學(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)。總的來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有信息化、集成化的特點，這符合復(fù)雜多元的煤礦安全工程的實際需求，能夠突破時間和空間的限制，對各類真實情景進行預(yù)測和分析，促進問題的高效解決[1]。

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

通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點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)實技術(shù)所發(fā)揮的作用不可小覷。首先，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過科學(xué)的研究實驗以及計算機模擬的形式來真實地再現(xiàn)整個生產(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行有效地展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(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)整個立體效果，采取人機交互的形式對最終的表示結(jié)果進行有效的控制，通過改變具體的動態(tài)來了解最終的計算結(jié)果。

其次是安全性能上的設(shè)計，對于煤礦安全產(chǎn)品來說，在實踐運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)品的真實安全性，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則能夠為用戶提供提前預(yù)知的機會，讓消費者能夠進行提前的感知。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過模擬的形式來積極地提供一種虛擬的真實產(chǎn)品模型，讓使用者以及設(shè)計者在產(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，這一點不僅能夠為設(shè)計者提供真實可靠的依據(jù)，還能夠幫助消費者進行準確真實的判斷[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)實技術(shù)及時地了解現(xiàn)場事故的具體情況，另一方面該技術(shù)還能夠及時預(yù)測事故可能發(fā)展的趨勢，通過遠程操控的形式來積極地實現(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)實技術(shù)來對可能發(fā)生的事故進行有效的模擬，真正地為限時訓(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)操作人員可以嚴格按照不同事故產(chǎn)生的實質(zhì)原因，在某一個區(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)的教育以及實踐，不斷地在操作訓(xùn)練之中提高個人的事故處理能力，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)實需求。

3 安全工程虛擬現(xiàn)實系統(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)實系統(tǒng)的具體側(cè)重點進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)，利用計算機系統(tǒng)之中的相關(guān)設(shè)備了解具體的操作技巧，除了這一點之外，該技術(shù)還能實現(xiàn)實時操控環(huán)節(jié)之間的有機組合，其中用戶可以利用鼠標直接在這個界面進行相應(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)用情況進行移動以及篩選。為了能夠真正地實現(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)實信息系統(tǒng)，明確煤礦安全生產(chǎn)的具體運作要求，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可靠的依據(jù)，更好地促進生產(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)實系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分析，那么具體的側(cè)重點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)實技術(shù)需要考慮兩個方面。其一是工作面內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型的可靠性和真實性，其二是火災(zāi)模擬的真實度。該系統(tǒng)主要包括一套外圍設(shè)備、兩個接口以及兩個模型。具體為虛擬現(xiàn)實外圍設(shè)備系統(tǒng)，外圍設(shè)備以及兩個模型接口，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)合計算機系統(tǒng)的運作條件，利用外圍設(shè)備實現(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)的實際情況，以此來加強對鼠標以及其他配件的操作和控制。在建立相關(guān)程序時，因為火災(zāi)模型以及工作面模型比較復(fù)雜和多元，因此需要運用三維處理程序來運作，以此來提高立體感和真實度。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。

用戶在操作整個界面的過程中可以利用以鼠標為主的外圍設(shè)備，操作員則可以直接漫游于工作面，比如長按鼠標的右鍵并且水平移動就可以直接控制整個工作面的水平變換，長按鼠標的左鍵，根據(jù)工作需要移動位置便可以控制整個界面的運動方向。這種簡單易操作的界面設(shè)置和框架設(shè)計能夠為用戶提供更多的便利。