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1、学 术 报 告 会二八年十二月十三日中国矿业大学 谢耀社学 术 报 告 会主 要 内 容一、引言二、模块设计三、工具软件简介四、系统开发过程五、结束语学 术 报 告 会一、引言1.数字矿山2. 虚拟现实学 术 报 告 会1. 数字矿山一、引言u 1998年美国前副总统戈尔在美国加利福尼亚科 学中心发表了题为：“数字地球：21世纪认识地 球的方式”的讲演，提出了“数字地球”概念，引起 了科学界的广泛关注。 u数字矿山作为数字地球、数字中国的一个重要组 成部分，也在中国的采矿业中发挥着越来越大的 作用。 u数字矿山是在统一的时空框架下，对真实矿山整 体及其相关现象的统一理解、表达与数字化再现 ，是
2、数字矿区和数字中国的一个重要组成部分。学 术 报 告 会2. 虚拟现实一、引言u虚拟现实，也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验 虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的 、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各 种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临 其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字 化人机接口技术。 u自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制 造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中显示出巨大的经济、军事和社会效益。 u将虚拟现实技术运用到煤矿生产中无疑具有非常重要的意 义，本文运用Maya和Virtools的强大功
3、能实现了煤矿生产虚拟现实生产系统的仿真和漫游。学 术 报 告 会二、模块设计煤矿生产虚拟现实系统地面生产系统地下生产系统学 术 报 告 会三、开发工具简介1. Maya2. Virtools学 术 报 告 会1. Maya简介三、开发工具简介uMaya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三 维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色 动画，电影特技等。Maya功能完善，工作灵活 ，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强， 是电影级别的高端制作软件。 uMaya 集成了Alias/Wavefront 最先进的动画及数 字效果技术。它不仅包括一般三维和视觉效果制 作的功能，而且还与最先进的建
4、模、数字化布料 模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合。学 术 报 告 会2. Virtools简介三、开发工具简介uVirtools软件是一款多功能的三维开发软件，由开 发模块、生成模块和发布模块组成。u开发模块包括创作应用程序和软件开发工具包。uVirtools Dev是创作应用程序的主要部分，生成 模块主要包括行为引擎和渲染引擎。u发布模块主要包括EXE生成器和WEB播放器。学 术 报 告 会u一套具有丰富互动行为模组的即时3D环境虚拟 现实与多媒体互动编辑软件u互动行为模组可利用Drag & Drop拖放的方式将 互动行为模组赋予适当的物件或角色上学 术 报 告 会学 术 报 告 会Vir
5、tools的执行流程 动态计算 处理行为模组 声音 场景着色学 术 报 告 会四、开发过程1. 搜集整理资料2. 系统场景模型建立3. 系统场景整合4. 成品发布学 术 报 告 会1. 资料搜集整理四、开发过程u煤矿生产系统非常复杂，各个环节紧密相连 ，为了真实的体现生产过程中的各个环节并 且突出重点，必须在开发前以及开发的过程 中根据需要进行必要的资料搜集u资料主要包括图片、数据、视频等。只有在 对资料进行认真研究的基础上才能使仿真场 景和实际现场相接近。同时积极的现场观察 也是非常必要的。学 术 报 告 会2. 系统场景模型的建立四、开发过程u场景模型是整个虚拟现实系统最直观的部分，场 景
6、模型的好坏直接关系到软件运行的快慢和逼真 度。 u由于虚拟现实系统要求计算机实时计算场景中的 所有多边形数据，因此在模型建立的过程中应该 在保证场景不失真的前提下力求线条的简约化， 应尽量选择多边形建模方法。 u在建模的过程中还要注意详略得当，达到有效利 用计算机的内存和CPU进行实时交互。学 术 报 告 会2. 系统场景模型的建立四、开发过程u场景模型是整个虚拟现实系统最直观的部分，场 景模型的好坏直接关系到软件运行的快慢和逼真 度。 u由于虚拟现实系统要求计算机实时计算场景中的 所有多边形数据，因此在模型建立的过程中应该 在保证场景不失真的前提下力求线条的简约化， 应尽量选择多边形建模方法
7、。 u在建模的过程中还要注意详略得当，达到有效利 用计算机的内存和CPU进行实时交互。学 术 报 告 会2. 系统场景模型的建立四、开发过程u矿山生产系统是一个非常大的场景，因此在建模 的过程中作者采用先分别建模最后集中导入的方 式。 u在建模的过程中还要严格的控制模型比例使其符 合真实情况。 u模型及场景建立完成以后，给模型的表面加上各 种材质并进行纹理贴图。 u把初步建成的模型导入到Virtools中进行检验， 对不正确和不美观的部分进行不断的修改。 u最终利用Virtools Export Plugins插件导出。部分 场景分别如图2-图7所示。学 术 报 告 会地面生产系统 调度生产监
8、控中心四、开发过程中央变电所 煤炭运输学 术 报 告 会3. 系统场景模型的整合四、开发过程u将从Maya中导出的（*.nmo）文件用Virtools打 开，为他们加上各种控制和灯光。 u在Virtools中，场景三维模型的控制是依靠 Virtools内置行为模块（Building Block）实现的 。 uVirtools有600多个BB可供使用，能够对场景模 型进行各种基本操作如：大小变化，平移，旋转 ，缩放，颜色变化，光线变化，三维贴图等，复 杂操作如投影，行走，奔跑，后退等。学 术 报 告 会3. 系统场景模型的整合四、开发过程u实现对三维编辑区中的模型进行控制，一种方法 就是直接调用
9、行为模块库中的内置 BuildingBlocks，一种是使用C+进行手工编写 BuildingBlocks。前者简单方便，后者比较灵活 。 u点击 DataResource(数据资源库)，选择 Animations(行为动作)类中的行为，用鼠标点击 所要的动作行为并拖到编辑区中的角色身上，并 在Schematic(脚本流程图)中运用行为交互模块 库中的行为模块编辑角色相应的脚本，这样就形 成了3D交互动画。学 术 报 告 会学 术 报 告 会3. 系统场景模型的整合四、开发过程u经过以上过程的设置后，便可以将诸如液压支架 的升降、移架过程、采煤机割煤方式、煤炭运输 方式等一系列的生产细节生动逼
10、真的展现出来。u为了更好的实现漫游效果，在系统中增添了一个 虚拟人物角色，并将摄像机以第三人称跟随的方 式进行设置，这样就可以让操作者产生如身临其 境的感觉。学 术 报 告 会学 术 报 告 会四、开发过程学 术 报 告 会4. 成品的发布四、开发过程u煤矿生产虚拟现实系统制作完毕后，可以直接将 整个作品以CM0文件格式保存，在需要的时候可 以在进行修改和编辑，但是这种情况保存的文件 只有载入Virtools才可进行单机的展示操作； u还可以把整个作品以VMO文件格式保存传播或 者发布到网络上，这种情况只要客户端安装了 VirtoolsWebPlaver播放插件，就可以进行交互操 作； u利用
11、编程的方法，结合virtools提供的sdk开发工 具包，可以将作品打包生成单一的EXE文件，这 样，系统就可以在任何WINDOWS平台直接运行 。学 术 报 告 会五、结束语u传统的教学模式以及工人岗前培训模式多为通过 文字和图片相结合的方式进行讲解，这种方式枯 燥乏味难以在学生或工人的脑海里形成明朗的印 象。实地的参观学习效果固然会好很多，但是却 要消耗大量的人力财力，而且煤矿生产的特殊条 件同时也导致了实地参观存在着很大的安全隐患 。 u煤矿生产虚拟现实系统可以让学生简单的通过电 脑就可以如同身临其境般的体验煤矿生产过程， 而且可以进行反复的学习，无疑可以起到很好的 学习效果。学 术 报 告 会谢谢大家！
