淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何應(yīng)用在煤礦安全培訓(xùn)中

張媛

[摘要]我國煤炭資源儲蓄比較豐富如何安全、高效開采煤炭資源就顯得尤為重要。在開采過程中如何避免瓦斯爆炸、水害等眾多不良安全事故產(chǎn)生，提高國家煤炭資源的安全性，保護(hù)煤炭資源開采工作人員的生命安全是煤礦開采企業(yè)的工作重點(diǎn)。近年來煤礦開采企業(yè)高度重視煤礦安全培訓(xùn)工作，大大加強(qiáng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中的應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對實(shí)際場景進(jìn)行模擬，對提升煤礦安全培訓(xùn)成效有著積極作用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);煤礦;安全培訓(xùn)

我國煤炭資源儲蓄比較豐富，煤炭資源也是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所需要的重要能源，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，對煤炭資源的需求程度也在不斷增長，煤炭開采安全也變得尤為重要。因此開展煤礦開采安全培訓(xùn)工作是非常重要的。傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式主要是運(yùn)用文字、圖片講解各種安全防范事項(xiàng)，這種模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代煤礦安全培訓(xùn)工作的需要。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入煤礦安全培訓(xùn)這一模式，對提升煤礦安全培訓(xùn)成效有著積極作用。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全培訓(xùn)的好處

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，并使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。親身去經(jīng)歷的“自主學(xué)習(xí)”環(huán)境比傳統(tǒng)的說教學(xué)習(xí)方式更具說服力。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室等等，利用虛擬現(xiàn)實(shí)能夠極有效地降低實(shí)驗(yàn)室成本投入，并讓學(xué)生獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會，得到同樣的教學(xué)效果。

將煤礦安全培訓(xùn)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境不具備或難以完成的培訓(xùn)功能。對于涉及煤礦作業(yè)高危或極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作以及高成本、高消耗、大型綜合訓(xùn)練等情況時，提供可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)項(xiàng)目。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中，可以給學(xué)員建立一種比較真實(shí)的感受，加強(qiáng)了實(shí)踐與理論之間的聯(lián)系。學(xué)員在培訓(xùn)中沉浸在接近真實(shí)的場景中，可以有效的激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，消除了傳統(tǒng)安全培訓(xùn)模式給學(xué)員帶來的枯燥無味感覺。煤礦安全培訓(xùn)工作必須要隨時代發(fā)展進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)良好的融入到煤礦安全培訓(xùn)工作中去，從而強(qiáng)化煤礦安全培訓(xùn)工作成效，使得煤礦安全培訓(xùn)領(lǐng)域可以向更高的領(lǐng)域發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中的應(yīng)用，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助煤礦安全培訓(xùn)教學(xué)活動開展，生成交互性較為良好的多感知虛擬情境，使得煤礦安全培訓(xùn)學(xué)員在培訓(xùn)中可以發(fā)生情境轉(zhuǎn)變，將學(xué)員煤礦安全防范知識理論和技能學(xué)習(xí)的積極性和主動性充分調(diào)動起來，加強(qiáng)理論教學(xué)和實(shí)踐操作之間的聯(lián)系，保證煤礦安全培訓(xùn)工作開展可以取得良好成效。想要將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，必須要進(jìn)行良好軟件硬件培訓(xùn)環(huán)境的建設(shè)。

（一）硬件

硬件平臺是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中應(yīng)用的基礎(chǔ)所在，硬件平臺建設(shè)包含的內(nèi)容較多，其中包括了主要現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、音響設(shè)備已經(jīng)交互系統(tǒng)的構(gòu)建等等。顯示系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)用現(xiàn)階段比較先進(jìn)的投影技術(shù)，應(yīng)用DLP投影機(jī)，結(jié)合三片DLP顯示技術(shù)。這種投影技術(shù)不僅亮度和分辨率較為良好，同時具備了多項(xiàng)針對虛擬仿真系統(tǒng)優(yōu)化的Christie Mirage WU7K-M投影機(jī)。顯示系統(tǒng)工作時間不會受到限制，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較為良好，還存在著擴(kuò)展的可能。系統(tǒng)維護(hù)、管理比較便捷，可以應(yīng)用很長時間。智能中央控制系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建的核心所在，為了對眾多設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行全面、有效控制，通過控制程序的編寫，使得眾多設(shè)備的開啟和關(guān)閉以及顯示模式的切換都可以通過中央控制中心進(jìn)行控制。

（二）軟件

硬件建設(shè)與軟件定制、開發(fā)屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的兩個重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)建設(shè)完成后可在建設(shè)的虛擬三維場景中自有的行動，實(shí)現(xiàn)人與人、人與環(huán)境之間的有效互動。首先需要講述的就是虛擬場景的構(gòu)建，煤礦企業(yè)開發(fā)的煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中建設(shè)的場景主要是以井下巷道和工作界面為主的，可以將煤礦井下安全系統(tǒng)建設(shè)真實(shí)的呈現(xiàn)出來，其中包括資源運(yùn)輸、水文地質(zhì)情況以及掘進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等。場景建設(shè)完成后可以與多個煤礦安全培訓(xùn)模塊進(jìn)行對接，使得學(xué)員產(chǎn)生情境轉(zhuǎn)變，使得煤礦安全培訓(xùn)更加具有真實(shí)性和立體性。其次就是進(jìn)行虛擬培訓(xùn)模塊的開發(fā)，這一模塊也是煤礦安全培訓(xùn)教學(xué)中的關(guān)鍵所在，實(shí)際開發(fā)過程中一定要結(jié)合當(dāng)前煤礦安全培訓(xùn)工作開展的實(shí)際需求，讓學(xué)員在培訓(xùn)過程中可以自主的進(jìn)行不同功能的選擇。學(xué)員通過系統(tǒng)可以真實(shí)的體驗(yàn)到井下工作環(huán)境，使得學(xué)生從傳統(tǒng)枯燥的理論教學(xué)中走出，充分了解煤礦生產(chǎn)的整個安全監(jiān)控系統(tǒng)。在培訓(xùn)過程中還可以進(jìn)行崗位職能介紹、風(fēng)險識別等眾多操作，在對煤礦生產(chǎn)情境進(jìn)行真實(shí)呈現(xiàn)的同時，加強(qiáng)學(xué)生對崗位技能以及眾多安全防范技術(shù)的掌握程度。

（三）虛擬仿真培訓(xùn)的技術(shù)基礎(chǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1、動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。目前可以使用CAD圖紙、3ds Max系統(tǒng)進(jìn)行建模。

2、實(shí)時三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實(shí)時”生成。為保證實(shí)時，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。目前常用的實(shí)時虛擬仿真開發(fā)系統(tǒng)，都能在保證圖形質(zhì)量的情況下獲得遠(yuǎn)高于30幀的刷新率。

3、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具

目前，虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)中已在大量使用的軟硬件系統(tǒng)包括：高分辨率的顯示大尺寸顯示器、高速高質(zhì)量的顯卡、模擬量和開關(guān)量傳感器、高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、unity3D/UE4開發(fā)系統(tǒng)、3ds Max等建模系統(tǒng)等。

4、系統(tǒng)集成技術(shù)

由于虛擬仿真系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別與合成技術(shù)等。

三、結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中的應(yīng)用，可以有效的提升煤礦安全培訓(xùn)成效，促進(jìn)煤礦安全培訓(xùn)改革。相關(guān)人員需要加強(qiáng)自身對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的認(rèn)知，使得該技術(shù)可以更為良好的與煤礦安全培訓(xùn)工作開展進(jìn)行融合，促進(jìn)煤礦安全培訓(xùn)領(lǐng)域發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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