专利名称：模拟煤矿安全作业过程的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟过程的方法及系统，具体地说是一种用于在由计算机单元提 供的虚拟环境中模拟煤矿安全作业过程的方法及系统，属于模拟技术领域。
背景技术：
长期以来，安全生产问题成为煤炭开采行业所面临的最主要的问题之一。加大安 全管理力度，保障安全生产是政府、煤矿企业要解决的主要课题。在保障煤矿安全生产的各 个环节中，煤矿职工安全作业培训是最重要的环节。但是，目前煤矿安全作业培训仍然仅限 于空洞的解说，或借助于简单的视频、图像等材料，收效甚微。尤其对于煤矿新工人的培训， 传统的培训方式很难在受训者内心形成很好的感性认识，如果通过实际的现场训练又会增 加安全事故的发生概率，而且煤矿各工种作业环境复杂，机械造价昂贵，通过现场训练成本 非常高。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种模拟 煤矿安全作业过程的方法及系统，提供一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使用者可 在虚拟环境中完成各种作业操作，从而达到不下井而得到实际井下环境训练的效果。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是一种用于在由计算机单元提供的虚 拟环境中，在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过程的方法，所述环境包括所述煤矿井下场景的数字地描述的虚拟场景模型，其至少反映所述煤矿井下场景 的几何特性和机械特性，以及虚拟操作工人，由连接到所述计算机单元的物理步进装置控制，其使得可影响所 述虚拟场景模型，其特征是，所述虚拟场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区 域，相邻的观察区域之间的部分为连接部，当虚拟相机在某个区域时，首先判断虚拟相机处 于哪个区域，计算机只渲染虚拟相机所在的观察区域和与该区域相连的连接部的物体，当 相机进入连接部时，渲染连接部区域和由连接部相连的两个区域；所述方法包括以下步骤装入所述的虚拟场景模型和虚拟操作工人，建立所述虚拟场景模型的观察区域列表和所述虚拟操作工人的操作序列表，确认观察区域及与其相连连接部的所有物体为渲染对象，调用动作动画数据，渲染观察区域及与其相连连接部的所有物体。所述动作动画是与在煤矿井下场景的真实目标的自然运动对应的循环。所述方法进一步包括步骤
测量所述虚拟操作工人的动作和/或与所述场景模型交互作用的一个参数，所述 参数反映使用者的技能。一种用于在由计算机单元提供的虚拟环境中，在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业 过程的系统，所述环境包括所述煤矿井下场景的数字地描述的虚拟场景模型，其至少反映所述煤矿井下场景 的几何特性和机械特性，以及虚拟操作工人，由连接到所述计算机单元的物理步进装置控制，其使得可影响所 述虚拟场景模型，其特征是，所述系统包括所述虚拟场景模型和虚拟操作工人的二维投影，对观察区域及与其相连连接部的所有物体的渲染。所述虚拟场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区 域，相邻的观察区域之间的部分为连接部。由于煤矿的通风、运输系统非常复杂，巷道较多，井下场景中模型数目较大，整个 系统数据量较大，为了改善运行性能，以达到实时数据显示的要求，本发明采用了区域分割 法。相机在场景模型中某处只能看到的场景中部分物体，将整个场景区域进行分割为多个 观察区域，相邻的观察区域之间的部分为连接部。当观察相机在某个区域时，事先进行判断 相机处于哪个区域，计算机只渲染相机所在的观察区域及与其相连连接部的物体，而其他 的区域为看不到的区域，将被裁减掉，不进行渲染。本发明的有益效果是，它不仅提供了一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使 用者可在虚拟环境中完成各种作业操作，从而达到不下煤矿井而得到实际井下环境训练的 效果，而且使煤矿工人在此虚拟环境中通过操纵鼠标键盘等步进装置实现了各种煤矿机械 和数据检测作业的训练。本发明采用了区域分割法，有效地加快了渲染速度，实现了使用者 实时观看操作动作和操作效果。另外，本发明还通过其打分系统测量所述虚拟操作工人的 动作和/或与所述场景模型交互作用的一个参数来反映使用者的技能。
下面结合附图对本发明进一步说明图1是本发明的方法的流程图。
具体实施例方式该种用于在由计算机单元提供的虚拟环境中，在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业 过程的系统，所述环境包括所述煤矿井下场景的数字地描述的至少反映所述煤矿井下场景 的几何特性和机械特性的虚拟场景模型，以及由连接到所述计算机单元的物理步进装置控 制且使得可影响所述虚拟场景模型的虚拟操作工人；所述虚拟场景模型采用区域分割法将 整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区域，相邻的观察区域之间的部分为连接部；所述 系统包括所述虚拟场景模型和虚拟操作工人的二维投影，及对观察区域及与其相连连接部 的所有物体的渲染。所述虚拟环境由安装有软件程序的计算机单元来实现，通过键盘和鼠 标组成步进装置来控制虚拟操作工人的动作，并将虚拟环境显示在显示器上。其中，虚拟环境包括至少反映所述煤矿井下场景的几何特性和机械特性的虚拟场景模型，以及由连接到 所述处理单元的物理步进装置控制的虚拟操作工人，并且所述虚拟操作工人可影响所述虚 拟场景模型。该系统在开始工作前时，首先调用正确的操作流程列表，才能更有效地实施各项 操作及运行。下面具体说明本发明的系统在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过程的方法的流程。如图1所示，本发明的方法在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过程包括步骤100 工作开始；步骤101 装入所述虚拟场景模型和虚拟操作工人；步骤102 建立所述虚拟场景模型的观察区域列表和所述虚拟操作工人的操作序 列表；步骤103 根据当前激活虚拟相机的位置，检测虚拟相机所在的观察区域，并将该 观察区域及与其相连连接部的所有物体确定为需要渲染的对象；步骤104 检查控制消息，如果有对虚拟操作工人的控制信息，执行步骤105否则， 转入步骤107 ；步骤105 根据控制消息的内容从动作数据库中调用对应的虚拟操作工人和机 器、检测设备的动作动画数据，并将该动作标识加入操作序列表；步骤106 根据操作流程列表与操作序列表的对照，对相关动作操作进行技能评 测，如果操作正确，原技能分数数值不变，如果操作不符合操作规程，扣除相关错误程度分 数，并修改原技能分数为相应数值；步骤107 对观察区域及与其相连连接部的所有物体或当前相机所在连接部及其 连接两个区域中的所有物体进行渲染；步骤108 操作是否结束？如果结束执行步骤109，否则，转入步骤103 ；步骤109 工作结束。其中，所述动作动画是与在煤矿井下场景的真实目标的自然运动对应的循环。本发明不仅提供了一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使用者可在虚拟环境 中完成各种作业操作，从而达到不下井而得到实际井下环境训练的效果，而且使煤矿工人 在此虚拟环境中通过操纵鼠标键盘等步进装置实现了各种煤矿机械和数据检测作业的训练。
权利要求
1.一种用于在由计算机单元提供的虚拟环境中，在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过 程的方法，所述环境包括所述煤矿井下场景的数字地描述的虚拟场景模型，其至少反映所述煤矿井下场景的几 何特性和机械特性，以及虚拟操作工人，由连接到所述计算机单元的物理步进装置控制，其使得可影响所述虚 拟场景模型， 其特征是，所述虚拟场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区域，相 邻的观察区域之间的部分为连接部； 所述方法包括以下步骤 装入所述的虚拟场景模型和虚拟操作工人，建立所述虚拟场景模型的观察区域列表和所述虚拟操作工人的操作序列表， 确认观察区域及与其相连连接部的所有物体为渲染对象， 调用动作动画数据，渲染观察区域及与其相连连接部的所有物体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述动作动画是与在煤矿井下场景的真实 目标的自然运动对应的循环。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征是，进一步包括步骤测量所述虚拟操作工人的动作和/或与所述场景模型交互作用的一个参数，所述参数 反映使用者的技能。
4.一种用于在由计算机单元提供的虚拟环境中，在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过 程的系统，所述环境包括所述煤矿井下场景的数字地描述的虚拟场景模型，其至少反映所述煤矿井下场景的几 何特性和机械特性，以及虚拟操作工人，由连接到所述计算机单元的物理步进装置控制，其使得可影响所述虚 拟场景模型，其特征是，所述系统包括所述虚拟场景模型和虚拟操作工人的二维投影，对观察区域及与其相连连接部的所有物体的渲染。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述虚拟场景模型采用区域分割法将整个 煤矿井下场景区域分割为多个观察区域，相邻的观察区域之间的部分为连接部。
全文摘要
本发明公开了一种用于在由计算机单元提供的虚拟环境中模拟煤矿安全作业过程的方法及系统，属于模拟技术领域。它主要解决煤矿职工安全作业培训的问题，通过安装有软件程序的计算机单元来实现所述虚拟环境，并通过键盘和鼠标组成步进装置来控制虚拟操作工人的动作，将虚拟环境显示在显示器上。本发明不仅提供了一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使用者可在虚拟环境中完成各种作业操作，从而达到不下井而得到实际井下环境训练的效果，在此虚拟环境中通过操纵鼠标键盘等步进装置实现了各种煤矿机械和数据检测作业的训练，而且采用了区域分割法，有效地加快了渲染速度，实现了使用者实时观看操作动作和操作效果。
文档编号G09B9/00GK102074142SQ20111000808
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者张志强, 徐兴伟, 曾广东, 李大锦, 王洪彪 申请人:山东滕州辰龙能源集团有限公司, 李大锦