基于虚拟现实的煤矿大型设备培训系统研究

针对煤矿设备操作培训中存在的不足,设计并实现了一种基于虚拟现实技术的煤矿大型设备虚拟培训系统,利用三维建模软件Maya对井下主要设备采煤机、液压支架、刮板输送机等生产机械设备进行三维模型的创建,结合虚拟现实制作软件Unity3D进行虚拟场景整合与交互设计,利用C#编程语言实现对煤矿大型设备运动仿真控制.通过接口电路实现用户与虚拟场景设备的真实交互.经测试表明,系统不仅实现了煤矿大型设备操作培训的功能,而且增加了系统的交互性,弥补了传统培训方式的不足,节约了培训成本,缩短了培训周期.     

利用OSG三维图形渲染引擎实现的骨骼动画

动态实体模型是虚拟场景的重要组成部分,骨骼动画是表达虚拟场景中动态实体行为的主要技术。提出了一种虚拟场景中三维模型骨骼动画渲染的策略,即采用第三方软件建立三维动画模型,基于Cal3D动画控制机制,使用OSG三维图形渲染引擎对虚拟场景中运动的三维模型进行模拟。在VisForest软件的基础上,集成了骨骼动画渲染方法,解决了动物在虚拟地表上“踏空”的问题,扩展了动态实体在虚拟环境中的行为模拟。以梅花鹿和大象为例,逼真地模拟了动物在虚拟环境中的奔跑和行走的过程,模拟过程中动作衔接比较自然。     

基于虚拟现实的三维园林景观设计仿真系统

现有的园林景观专业CAD软件对三维模型及虚拟仿真效果表达有限,只能进行二维施工图绘制.为解决动态景观特性,研发了虚拟现实技术的三维园林景观设计仿真系统,采用面向对象的参数化三维实体建模手段,实现了三维实体建模、设计场景的三维实时虚拟呈现、渲染图及动画制作、施工图绘制等功能,并探索了系统计算原理、实现方法及OpenGL扩展功能等相关技术.然后简要介绍了系统整体功能,详细论述了专业模块中的仿真过程.最后以工程实例验证了系统的有效性.     

基于虚拟现实与数字孪生技术的综采工作面直线度求解

直线度问题是综采工作面智能化建设的卡脖子问题之一,解决该问题的关键在于刮板输送机或者液压支架群的位姿获取。目前针对综采工作面直线度的研究大多是对液压支架和刮板输送机的直线度分别进行讨论,存在成本高、实现困难等问题。针对该问题,基于虚拟现实（VR）与数字孪生（DT）技术对综采工作面直线度求解方法进行探索,将液压支架、浮动连接机构、刮板输送机看作一个系统来进行整体考虑,搭建了综采工作面直线度求解框架,主要分为机理解析、模型构建、融合推演、重构监测、预测控制5个步骤。指出综采支运装备相对位置关系分析的关键在于连接液压支架底座与刮板输送机的浮动连接机构,根据浮动连接机构的运动特性将其简化为机器人模型,进行正逆向运动解析;依据真实的煤层环境,在Unity3D中建立基于关节的综采支运装备运动仿真模型,构建VR场景,实现虚实映射;通过非接触式视觉传感器、虚拟传感器、虚实融合等技术,融合传感器及点云信息进行支运装备位姿推演;利用虚实交互技术,联合真实物理场景构建DT系统,实现综采工作面虚拟监测;在虚拟场景中对保证直线度所需的推移行程进行预测,并将其反馈至物理场景中进行直线度控制。     

液压支架自动跟机动态规律研究

目前针对综采工作面液压支架自动跟机问题的研究集中在基于外部环境变量来控制液压支架动作,在工作面长时间运行中无法保持很好的效果。考虑外部环境的变化最终会反映到液压系统中,提出以液压系统压力特性预测液压支架跟机动作时间。以陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司S1204工作面为工程背景,采用AMESim软件建立了单架液压系统模型和工作面液压系统模型,通过仿真分析得到移架和推溜同时动作时推移液压缸压力、行程等参数的动态变化规律,发现工作面液压支架自动跟机过程中推移液压缸进液口压力与拉架时间呈线性关系,说明可通过进液压力预测跟机动作时间。研发了工作面液压数据采集系统并安装于试验工作面,实时获取液压支架工作过程中推移液压缸进液口压力,并计算出对应的移架时间,得出二者具有强线性相关性,与仿真结果一致。采用线性拟合方法得出进液压力与拉架时间的关系式,实现了基于液压系统进液压力预测拉架时间,提高了自动跟机的准确性,减少了人工调节率。     

基于OpenGL的三维建筑设计组件的设计与实现

本文提出了一种面向对象的支持三维图形可重用的组件层次设计方法，分析了组件的性能、设计方法和图元算法，实现了基于OpenGL的支持三维虚拟场景、建模和运动仿真的组件设计，描述了实体的运动层次链接关系和数据结构，并实现了虚拟环境的建筑物建模和运动仿真。     

空中机动目标三维视景仿真系统研究

本文采用Multigen Creator/Vega三维视景仿真机制,对空中机动目标三维视景仿真系统进行场景建模和场景驱动.从模型的几何结构和表面纹理着手,优化模型数据库;利用Vega路径定义模块规划空中机动目标飞行路径,合理设置每个路径控制点的姿态和速度,模拟加减速、侧翻、跃升、俯冲等一系列飞行动作;选取静态视点定位方式;并为场景添加无限光源和链式云,增加场景的生动性.仿真结果表明该系统能够充分的表达空中机动目标的运动特点,具有很好的实用价值.     

基于虚拟现实技术的三维河流仿真系统

虚拟现实技术是当今计算机科学研究的一个热点,该文将这一技术应用到三维河流的虚拟仿真系统中,阐述了创建三维河流虚拟仿真系统的三个具体环节:即三维河流的实体建模,模型数据的读取预处理,虚拟场景的渲染实现,以及在各环节中用到的关键技术。     

基于虚拟现实技术的三维河流仿真系统

虚拟现实技术是当今计算机科学研究的一个热点，该文将这一技术应用到三维河流的虚拟仿真系统中，阐述了创建三维河流虚拟仿真系统的三个具体环节：即三维河流的实体建模，模型数据的读取预处理，虚拟场景的渲染实现，以及在各环节中用到的关键技术。     

基于可重用的支持三维建模仿真的组件设计

提出了一种面向对象的支持三维图形可重用的组件层次设计方法,分析了组件的性能、设计方法和图元算法,实现了基于OpenGL的支持三维虚拟场景、建模和运动仿真的组件设计,描述了实体的运动层次链接关系和数据结构,并实现了虚拟环境的数控铣床建模和运动仿真。     

基于组态软件的液压支架压力远程监测系统

文章提出了一种基于组态软件的液压支架压力远程监测系统,实现了井下液压支架压力的实时采集与监控。该系统由嵌入式中心分站数据采集系统、RS485总线、上位机等构成硬件设备,采用工业组态软件开发监控系统软件,实现了液压支架压力的参数记录、实时监控、报警报表、事件查询、趋势曲线显示等功能。该监测系统在提高支架运行可靠性、实现矿山自动化等方面具有很好的应用前景。     

虚拟拉伸实验的设计和实现

利用虚拟现实技术开发了虚拟拉伸实验,阐述了该虚拟实验的功能特点、结构模式以及设计原理,分析了其实现流程及方法,包括三维场景建模、虚拟场景动态生成以及交互式虚拟场景的开发。提出了利用可视化编程语言VB开发一个实现复杂交互动作功能的平台,该平台提供了友好界面,使用户能够直观地组成虚拟三维实验场景,利用键盘或鼠标来控制三维试验机在虚拟场景中运动,并根据用户的指令实现从静态界面对虚拟场景的调用及虚拟场景中试验仪器、工具及其事件的交互,从而控制虚拟模型的动作进行实验。     

基于实时视频感知的虚拟体育交互系统

针对疫情常态化背景下,传统体育项目受场地、器材等限制,市场上相关产品价格昂贵、可扩展性不足等问题,提出了一种基于实时视频感知的虚拟体育交互系统.该系统设计视频数据采集模块和人体关节点提取模块,结合OpenPose获取人体的关节点坐标,实时捕捉人体手势以及肢体动作.动作语义理解模块包括运动动作理解和绘图动作理解.前者根据运动中肢体关节点的相对位置关系,识别运动动作语义.后者将手腕部关节点绘图动作轨迹生成为草图图像,使用AlexNet进行识别分类,解析为对应的绘制动作语义.该模型在边缘端设备的分类准确率为98.83%.采用基于Unity设计的草图游戏应用作为可视化交互界面,实现在虚拟场景中的运动交互.该系统使用实时视频感知交互方式实现居家运动健身,无需其他的外部设备,具有更强的参与度和趣味性.     

基于数字孪生技术的三维智能化系统设计

为了提升三维智能化水平,设计基于数字孪生技术的三维智能化系统。通过现场层管理数字孪生体映射的物理实体与监测对象,为三维智能化系统提供需要的基础数据;感知层利用温度传感器与颜色传感器等,感知现场层管理的物理实体相关数据;数据存储层利用分布式文件与关系型数据库,存储感知的数据;功能层利用数据预处理模块缺失值处理存储的数据;层次化建模模块,依据缺失值处理后的数据,建立物理实体的几何模型与属性模型,融合几何模型与属性模型,得到孪生体模型;孪生体模型驱动单元,利用三维模型驱动方法,驱动孪生体模型,实现物理实体与孪生体的同步映射,得到孪生数据;仿真与预测模块依据孪生数据,可视化监测与分析物理实体的工作状态;通过应用层为用户实时呈现物理实体的动作仿真与实时监控结果。实验证明：该系统可有效感知物理实体的相关数据,建立孪生体模型;该系统可有效实现物理实体的可视化管理,提升三维智能化水平。     

基于数字孪生机房的三维可视化监控系统的设计与实现

针对当前机房的监控管理方式单一、实时性差、透明度低等问题,构建了一种基于数字孪生机房的三维可视化监控系统。以数字孪生的五维模型为指导,构建机房虚拟场景,实现机房三维可视化。论文采用Three.js三维引擎搭建机房三维场景,使用JavaScript语言实现各模块间的功能交互,运用深度学习算法完成机房故障诊断的功能。实验证明:基于数字孪生的机房三维可视化监控系统可以实时监测系统状态,动态展示设备信息,提高了管理效率。     

基于Web的3D智能家居系统设计与实现

给出了基于Web的3D智能家居系统的构架方案,结合了当前的前沿技术,详细介绍了智能家居系统的软件技术设计和硬件搭配。3D虚拟现实技术使得虚拟场景与家庭实景保持同步,同时,用户能够获得三维漫游沉浸感。实现了三维虚拟实景再现的技术,并人性化地构建出三维人机交互界面,实现家庭场景的远程再现,使用户在沉浸于虚拟现实环境中的同时完成各种远程监测与控制。     

基于WebGL的水库大坝三维仿真系统实现

针对基于插件的水库大坝三维仿真系统存在需要安装软件或插件等不足,采用WebGL技术实现了基于网页无插件的水库大坝三维仿真系统。首先,对水库大坝及周围地形进行三维建模,构建虚拟的水库大坝三维场景。然后实现水库闸门启闭模拟,水体效果模拟,船只航行模拟以及基于粒子系统的泄洪模拟,完成仿真系统的构建。最后接入水库大坝实时监测数据,实现大坝实时监测信息的展示。实践表明该水库大坝三维仿真系统,具有模拟效果更逼真,使用更便捷,集三维场景动态呈现和水库信息展示于一体等特点。     

基于WTK的虚拟现实组态软件研究与开发

针对传统组态软件二维工艺运行界面的不足,提出了基于虚拟现实技术的三维组态软件开发,利用3DMAX建模软件及其二次开发技术开发工业现场三维虚拟场景的组态平台.通过该平台完成三维虚拟场景文件的配置输出。介绍了虚拟现实软件开发包WTK,并利用WTK和MFC编程开发三维场景运行平台,实现了虚拟场景的四种交互方式,对场景中虚拟对象的材质纹理属性及其表现方法进行了研究,利用力控DBcom控件实现三维运行场景与力控实时数据库的数据交互,给出了系统运行的简单示例,对基于虚拟现实组态软件的研究及意义进行了展望。     

工作面液压系统流量补偿技术研究

目前工作面液压系统的优化研究对连续推进过程中液压系统压力流量特性的分析较少,对液压系统压力流量波动问题缺乏简单有效的解决方案。针对工作面快速移架需求,以张家峁煤矿2-2煤层新建大采高工作面为工程背景,采用AMEsim软件建立了单台液压支架和成组液压支架仿真模型,基于自动跟机移架中千斤顶的动作时序,对煤炭开采过程中液压支架移架推溜过程进行仿真,分析了不同数量液压支架同时动作时工作面液压系统的压力流量变化情况,指出移架过慢的原因是液压支架瞬时需液量超过泵站最大流量,同时在液压支架成组运动过程中存在瞬时需液量不足和部分时刻泵站供液能力过剩的矛盾。针对液压系统间歇性大流量需求,提出了基于蓄能器的流量补偿技术,通过仿真验证了安装蓄能器后液压系统的压力波动被明显抑制,各千斤顶运动速度明显提升。在张家峁煤矿新建工作面对基于蓄能器的流量补偿技术进行现场试验,结果表明接入蓄能器后,液压系统平均压降降幅达74.1%,压力波动受到明显抑制,验证了流量补偿技术可满足液压系统间歇性大流量需求,为快速移架提供保障。     

综采工作面液压支架监测系统方案设计

针对综采工作面原液压支架监测系统存在的接线复杂、故障率高、数据传输时延较高的问题,基于无线LTE和TCP/IP传输技术对监测系统进行优化设计。以无线+有线通信模式周期性采集传感器数据经逻辑处理后传送至液压支架监测分站,最终以TCP/IP通信模式将数据传送至井下液压支架监控主机进行解析和分析,根据设计的监测平台界面进行数据关联和动画设计,达到对液压支架工作状态、故障信息实时监测的目的,保证液压支架连续、安全运行。