虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用探讨(一)

虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用探讨

    张献忠，姜  薇，王茂光

   (中国矿业大学计算机科学与技术学院，江苏徐州  22m08)

    摘  要：介绍了虚拟现实(VirtualReality)技术的基本概念及技术特点，分析了虚拟现实技术在煤矿

 安全技术培训中运用的直观性及应用前景。

   关键词：虚拟现实技术；煤矿安全；培训

   中图分类号：TD79；X925    文献标识码：A    文章编号：1008-4495(2004)03-0029-02

1  虚拟现实技术简介

   虚拟现实技术(VirtualReality，VR)，又称灵境技

术。近年来VR技术在研究领域十分活跃，它汇集了

计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技

术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行

为学研究等多项关键技术。虚拟现实是多媒体技术

发展的更高境界，是这些技术高层次的集成和渗透。

它给用户以更逼真的体验，它为人们探索宏观世界

和微观世界中由于种种原因不便于直接观察的事物

的运动变化规律，提供了极大的便利。计算机产生一

种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机

图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到

计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户

在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。这种技

术的应用，改进了人们利用计算机进行工程数据处

理的方式，尤其在需要对大量抽象数据进行处理时。

目前，新兴的虚拟现实技术已渗透到科学、技术、工

程、医学、文化、娱乐的各个领域，引起许多行业的变

革。例如在设计领域，人们已经可以在楼房或飞机的

图纸还未出来之前，到楼房中巡视，到飞机中检查设

计是否合理；在医学领域，它不仅已经在诊断、治疗

甚至手术中发挥作用，而且已经使某些医疗培训工

作在虚拟环境中进行了，既不会对病人造成生命危

险，又可以重现高风险、低概率的手术病例，可供培

训对象反复练习。

2  虚拟现实技术的特征

   虚拟环境是计算机生成的具有沉浸感的模拟环

境(如飞机驾驶舱、操作现场等环境)，它对参与者生

成诸如视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息，通过

多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户

与该环境直接进行自然交互，给参与者一种身临其

境的感觉。因此，虚拟环境是一种新发展的、具有新

含义的一种人机交互系统。虚拟现实技术因此具有

以下几个重要特征：

   1)多感知性。现在人对一般多媒体计算机具有

视觉感知与听觉感知，人只能看到图像与声音。但是

在虚拟现实的环境中，还将具有力觉感知、触觉感

知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想

的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。

   2)沉浸感。它是操作者感到作为主角存在于虚拟

环境中的真实程度。在一个理想的虚拟环境中能达

到使操作者难以分辨真假的程度。

   3)实时交互性。交互性是使用者能对环境内物

体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度，例

如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手

有握着东西的感觉，并可以感觉物体重量，视场中的

物体也随着手的移动而移动。如在一个真正的虚拟的

煤矿环境中，操作者能感到CH4爆炸所带来的冲击与

温度，能操作这种“真实”环境中的各种设备。

   虚拟现实技术的应用前景十分广阔。它可应用

于建模与仿真、科学计算可视化、设计与规划、教

育与培训、遥感、医学、艺术与娱乐等多个方面。在

以前，虚拟现实主要用在军事上，如模拟飞机驾

驶，模拟战争等，现在已经在很多方面得到使用，

虚拟现实技术在煤矿安全培训中也有着广泛的应

用前景。

3  传统煤矿安全培训

   根据煤炭法规规定，煤矿职工每隔一段时间就

要进行数天到数十天的安全技术培训，培训内容为

    作者简介：张献忠，男，硕士研究生，讲师，研究方向：分布

式技术，虚拟现实。