基于Unity3D的虚拟矿山漫游仿真系统设计与实现

针对三维虚拟矿山系统在高逼真度、强交互性和跨平台等方面的不足,提出了一种基于Unity3D平台的三维虚拟矿山的实现方法。其主要过程：采集矿山的地形地质等三维坐标数据、属性数据,建立矿山三维模型,并导入到Unity3D引擎中,对数字矿山进行实时渲染并实现三维模型数据与二维空间数据整合,在此基础上利用C#语言编写脚本实现系统功能,最后将虚拟矿山漫游仿真系统移植到多个平台上。根据唐山钱家营煤矿的测试结果,该系统实现了在3种平台(Windows、安卓智能手机、Web网页)上均流畅运行,画面真实,界面友好,实现了虚拟矿山漫游仿真以及矿山属性信息的查询等功能。     

基于Unity3D的矿井提升机虚拟实训装置

研究了一种基于Unity3D的矿井提升机虚拟实训装置,装置主要由矿井提升机虚拟仿真软件、模拟操作台和信号台以及通信模块组成。虚拟仿真软件通过三维引擎Unity3D进行开发,首先使用3ds Max建立矿井提升机虚拟场景,然后利用Unity3D对虚拟场景进行再开发,并对相应地设备模型进行驱动;以STC12C5A60S2单片机为控制核心制作模拟操作台和信号台,实现对输入信号的检测、处理和传输;二者通过RS-232通信协议实现数据传输。     

矿用提升机制动系统虚拟仿真研究

以某矿用提升机双工作点恒减速安全制动系统为对象,基于虚拟现实技术,设计并开发了一种提升机制动系统的虚拟仿真系统。采用SolidWorks、3DMax和Photoshop建立矿井提升机制动系统模型、场景及图标,在此基础上依托Unity3D开发平台对虚拟场景及模型再次开发,并建立交互界面。通过研究提出了一种在Unity3D中对液压系统仿真建模的方法,通过场景漫游功能增加了使用沉浸感,实现了提升机启制动状态、液压系统工作原理及工作运动曲线的同步结合,为煤矿机械类虚拟仿真教学研究提供了技术参考。     

智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术

针对深部开采复杂地质条件下的综采装备空间位姿及受力动态变化、随机倾斜错动难以描述和自适应控制难题,提出了基于全位姿测量及虚拟仿真控制的智能开采模式,以中煤新集口孜东矿140502工作面地质条件和7 m四柱大采高综采装备参数为基础,构建复杂条件下智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真智能控制系统。首先,给出了智能开采"环境装备-仿真模拟-反向控制"运行体系下的智能决策过程,提出了融合视觉的装备全位姿测量、工作面装备位姿一体化描述及驱动关系建模、基于Unity3D的综采虚拟仿真控制等3项支持智能决策的关键技术。随后建立融合视觉的工作面综采装备群全位姿多参数测量系统,提出了基于设备特征点的视觉多参数测量方法,获取描述综采装备群空间全位姿的15个独立参数;给出综采装备群统一坐标描述及驱动模型,建立了特定的全局和局部坐标系、采煤机和刮板输送机位姿驱动关系模型和刮板输送机三维空间弯曲姿态模型;基于Unity3D虚拟仿真技术构建了工作面场景、装备、工艺流程等虚拟实体和关系模型,支撑井下综采装备开采过程运动仿真。开发出与全位姿测量系统通信的底层数据接口,获取装备的实际工况数据,从而驱动仿真模型实现三维场景下的虚实映射。分析计算和模拟优化下一割煤循环装备协同运动及工艺过程,通过反向控制链路实现对装备虚拟模型和实际装备体的闭环控制。实验室测试表明:虚拟仿真系统实现了数据获取、模型解算、单机装备及装备群协同运动仿真,满足装备实际运行逻辑关系,具有对工作面装备运行状态实时监测和反向控制能力,系统运行流畅性满足要求,帧率20 fps。全位姿测量系统经井下现场测试表明:图像识别检测的支架数大于5架,图像解算时间小于0. 5 s,支架顶梁测量角度误差小于1. 2°,满足系统数据测量需求。     

综掘工艺虚拟仿真系统设计及关键技术

针对综掘工艺在三维虚拟仿真强交互性、现场情景高 贴合度等方面的不足,提出了基于 Unity3D 综掘工艺虚拟 仿真系统实现方法。以某矿综掘现场为真实场景,应用 UG 建模和3DMax的方法实现综掘工艺虚拟场景搭建和综掘工 艺设备各部件运动仿真,通过 GUI交互界面,实现各部件间 的交互运动,最后将所建模型文件导入 Unity3D 系统,进行 运动仿真交互设计。根据学习测试结果,该系统实现了综合 机械化巷道掘进工艺的可视化交互仿真操作,各操作项模块 间转换流畅。系统易于操作、场景明晰、实操性强,适用于工 人岗前培训、学生实操训练和试验教学,对丰富学习过程、提 升学习者对巷道掘进工艺的学习效果具有良好助益。     

基于Unity3D的矿山虚拟采矿技术研究

通过运用三维交互程序开发引擎Unity3D提供的三维编辑、动画、UI、AI等功能模块,以及数字化方法将矿山设计转换为三维虚拟采矿系统,进而模拟矿山生产运行的实践和研究。     

基于Unity3D的综采工作面全景虚拟现实漫游系统设计

针对煤矿井下工作环境恶劣、教育培训手段缺失的问题,设计了基于Unity3D的综采工作面全景虚拟现实漫游系统。系统首先基于虚拟现实场景构建及3D虚拟模型制作技术,宏观上对综采工作面进行了布置,为用户提供了在综采工作面中自由漫游的直观感受;建立了综采工作面的整个环境,实现了综采设备的三维虚拟展示和运动仿真模拟;同时基于交互理论,对其与综采设备的人机交互进行了深入设计,使用户能够完整与真实地体验煤矿井下综采工作面的整个生产过程。利用虚拟现实技术将煤矿综采工作面的布置全景与动态运动生动形象地展示出来,为煤矿企业等单位提供一种全新的培训技术手段。     

基于虚拟仿真技术的金属矿开采仿真教学系统设计与构建

地下金属矿开采系统复杂,环境空间立体感强,采用传统的教学模式和方法缺乏真实感和互动感。为了提升教学水平和效果,基于虚拟仿真(Virtual Reality,VR)技术,设计并构建了金属矿开采仿真系统,建立了矿山开采系统的3D可视化模型。借助透明化矿区构建技术,实现了矿山井上、井下的地形地貌、地层、开采环境、设备、数据监测监控的透明化建设。采用交互沉浸式方法,仿真设计了矿山环境、工业广场、生产系统、采矿工艺等各个环节,使学员无需到达实际矿井便可体验逼真的生产场景。通过仿真实践操作系统与VR手柄、数据手套、跑步机等外围设备的连接,以人机交互方式进入虚拟场景,体验采矿过程和操控机械设备。金属矿开采仿真教学系统的建立,不仅减少了教师、学员和技术人员的工作量,降低了现场认知实习的安全风险,而且提高了教学效果和管理水平,节约了教学培训成本。     

基于三维模型的矿山机械全息成像研究

为直观立体地展示矿山机械设备的运行状态，采取全息投影技术实现矿山机械设备成像。在使矿山机械模型化的过程中，首先收集矿山设备的图形和参数资料并绘出三视图，然后采用3Ds Max建模，建立采掘运输等设备的三维模型及动作，再通过Unity3D，编写相应的脚本实现矿山机械动作的仿真。利用Unity3D的录屏插件Generic Frame Recorder-master，导出图片序列，使用Adobe premier将图片序列合成视频。利用透明亚克力板制作全息成像装置，根据光的干涉和衍射原理，使三维模型的全息影像悬浮在空中，再现矿山机械设备真实的三维图像。研究结果可以实现裸眼观察三维模型及动作，便于学生和培训人员体验，更好地用于矿山开采的教学培训，不仅可以提高教学效果，而且能促进全息投影在矿山方面的应用。     

基于Unity3D的微震监测分析虚拟现实系统研发

微震监测对矿山安全生产具有重要意义,也得到了广泛应用。针对微震监测数据数量庞大、内容冗杂、实时显示弱、与采掘工程集成度低等问题,开发了一种基于Unity3D平台的微震监测数据分析平台。其主要过程是:收集矿山三维地质坐标、地层岩性等数据建立矿山三维模型,导入到Unity3D引擎当中,对模型添加材质,进行渲染并实现模型坐标数据与现实坐标数据整合,在此基础上利用C#语言编写脚本实现采掘进度的实时模拟,再通过连接SQL Server数据库将矿井微震监测数据进行调用,完成整个系统地质数据、采掘数据与微震数据的集成和实时显示。通过调用系统数据,可实现微震数据的相关统计、分析,并分析其与地质条件、采掘活动的相关性。系统在河南义马煤田跃进、常村两矿进行了实际应用,实现了矿井群开采微震监测数据的联合分析。     

基于Unity3D的水平定向钻进工艺仿真系统研究

为了能够在水平定向钻机虚拟实训系统中实时模拟钻头的地下钻进状态,使拖管工艺可视化,设计了基于Unity3D的水平定向钻进工艺仿真系统。通过对钻头受力模型的分析,结合计算机图形学理论,利用Unity3D编写脚本程序实时渲染地下钻进情况。结果表明,系统能够实现钻机仿真和地下钻进工艺可视化,对虚拟水平定向钻进系统具有一定指导意义。     

基于Unity3D的数字矿山虚拟现实系统建设研究

对数字矿山三维可视化和数据建模技术进行了研究,利用虚拟现实技术,对矿区地上地下场景、采矿过程及其引起的相关现象进行三维数字化建模,并基于C#开发语言和Unity3D平台建立了数字矿山虚拟现实系统。结果表明:数字矿山虚拟现实系统的建立,实现了矿山基础资料、设备设施、监测监控、应急指挥等信息的可视化管理,为矿山生产管理、安全运营、培训考核和应急救援等工作提供了综合性、可视化的管理决策平台。     

基于倾斜摄影与BIM的矿山实景建模方法研究

针对传统矿山建模缺乏真实感、地表及其附着物缺乏可控性、无法实时监控露天矿山开采进度等不足,提出了基于倾斜摄影和建筑信息模型(Building Information Model,BIM)的矿山实景建模方法。通过利用倾斜摄影技术生产的DEM与DOM构建矿山实景地形模型,再结合最优相片选择、遮挡修正、纹理编辑、纹理映射等处理技术,将倾斜影像映射到BIM地物模型上构建实景地物模型,最后在Unity3D平台中进行集成发布,实现对露天矿山开采进度的实时监控。研究表明:利用所提建模方法一方面可以构建具有极强真实感的矿山地表及地物模型,为矿山三维场景提供良好的可控性和交互性,另一方面可以实现对露头矿山开发进度的精确监控,对于促进智慧矿山建设具有一定的借鉴意义。     

基于NeoAxis引擎的三维虚拟矿井仿真系统平台

设计并实现了一个基于NeoAixs引擎的三维虚拟矿井仿真系统平台,重点研究了平台的架构、功能结构及工作流程;平台具备资源编辑管理、三维模拟场景设计、矿井仿真系统设计、矿井安全培训系统设计等功能。实际应用表明:平台可以快速构建煤矿三维仿真矿井,并可以在仿真环境中嵌入事故模拟、培训、考评等功能,可用于三维数字化矿山,模拟培训、事故仿真、救援演练等领域。     

三维虚拟仿真技术在矿山生产工作中的应用

本文基于山东蓝光软件有限公司自主研发的仿真系统深入分析三维虚拟仿真设计理念,建立双滚筒采煤机三维模型,结合Lk Globe软件进行井下生产场景的搭建,在实现人机交互的同时,利用三维可视化技术实现对矿山工作环境漫游。三维虚拟仿真技术的易用性和可交互的特点可为矿山生产提供有效技术支持,通过教育培训,将极大提高人员素质和矿山生产效率。     

虚拟综采工作面三机运动状态监测系统研究

针对传统综采工作面监测系统存在的不足,利用虚拟现实软件Unity 3D完成虚拟工作面场景的构建及三机(采煤机、刮板输送机、液压支架)的运动仿真,应用VB6.0软件和数据采集模块WISE-4012E、工业级无线传输模块EKI-6311实现数据采集和调用,研发了一套基于虚拟现实技术的综采工作面三机运动状态监测系统。该系统能够将三机的运动状态直观地展现出来,虚拟场景中建立的三机模型与真实设备的运动状态实时同步,通过场景漫游,可以让工作人员多视角监测三机运动状态。     

采煤机三维动态建模与仿真分析

首先利用机械建模软件Pro/E建立采煤机三维模型,其次将建好的三维模型导入到快速渲染和动画制作软件Cinema4D中进行颜色渲染和坐标变换,最后将模型在动画制作和编辑软件Unity3D中进行动态仿真。仿真结果表明:基于Unity3D的采煤机动画仿真模型真实模拟了采煤机在井下工作过程中的工作状态,与采煤机现场工况基本吻合,具备良好的三维展示功能;分析各工况下采煤机主要参数之间的关系,可为采煤机的调速控制策略研究提供重要的理论参考依据。     

大型铀矿床全寿命期虚拟仿真系统开发

某大型铀矿床位于中国北方生态脆弱地区,其资源量大、矿体缓薄,矿床前期开发决策难度大。采用虚拟仿真技术,构建矿山三维模型,结合矿床开采时序,实现对矿山开采过程全寿命期的动态仿真,动态展示矿山生产环节和施工工序,为矿床开发决策提供依据。通过开发全寿命期的虚拟仿真系统,为该大型铀矿床开采工程规划和设计数据的综合与解释提供了独特的虚拟环境,展现了矿床未来开发场景,初步验证了矿床整体开采方案的合理性与可行性,为矿床开发奠定了基础。     

基于小波变换图像融合的采矿工艺虚拟现实研究

为了科学合理设计采矿工艺,采矿工艺虚拟仿真系统建设迫在眉睫。基于小波变换图像融合理论,采用虚拟仿真技术和三维可视化技术,建立了采矿工艺虚拟现实仿真系统。该系统以小波变换的图像融合算法为核心,对多通道画面进行有机融合,以虚拟现实仿真系统为平台,通过多通道叠加投影实现虚拟现实仿真。结果表明:该系统不仅可以让用户完全沉浸在虚拟的矿山场景中,而且还可以从视觉、听觉、触觉等人类自然的感知能力与虚拟场景进行实时交互,实现了矿山生产环境、采矿工艺、人员和设备状态的实时仿真。     

基于Unity3D的三维矿井数字化编辑系统设计与实现

目前三维矿井场景构建主要采用3ds MAX、MAYA等软件创建基础模型进而整合成场景的方式，其效率低、难度大。为实现简单、高效的三维场景构建，以Unity3D引擎平台为基础，通过内置具有对外接口的基础模型库，嵌入巷道构建、通风解算以及气体蔓延等算法，研发了具有实时渲染、三维巷道建模、环境建模、气体解算、场景漫游等功能的三维矿井数字化编辑系统。实践证明：该系统构建的场景效果好，广泛应用于矿井认知、自救逃生、应急救援、辅助决策等仿真培训演练，具有很强的实用性。