3D虚拟仿真技术在矿山应急救援系统中的实践探究

3D虚拟仿真技术在矿山应急救援系统中的实践探究

王柱

（淮北矿业股份有限公司军事化救护大队相山中队安徽淮北235000）

摘要：在进行安全矿山的建设中，虚拟仿真技术的使用能够最大程度的减少在实际作业中由于操作不当所造成的安全隐患。利用虚拟仿真技术能够对矿山的选地、设备的类型以及在建设过程中的相关事项进行一定程度上的模拟，进而可以使生产效率大大提高。

关键词：3D虚拟仿真技术；矿山应急救援；应用

许多年前，虚拟仿真技术就已经开始发展，从军队到计算机的演变过程，无时无刻都在发生着强大的变化。当前，虚拟仿真技术逐渐出现在各行各业，已经慢慢的进入到人民群众的视线中，逐渐成为日常生活以及工作中必不可少的重要组成部分。近年来煤炭业的发展虽然越来越快，但它的安全性也是一直以来让人们所担心的，而且应急练习也只是一年才会练习一次，这距离想要达成所期望的效果还有着一定的距离。

一、3D虚拟仿真系统的设计理念

这个系统是以精准的三维模式为基础，创建出和实际情况相符合的三维的虚拟情境，把矿山的实际景象和数字地球有机结合，使用三维的模式将各个方面的信息以及特征进行多方面的整合，然后进行情景再现，并利用虚拟技术将现实中的对矿山的开采过程进行全方位的仿真，并且使用相关的生产设施进行控制。这样在三维的情境中对现实的场景进行远程控制，让工作人员感觉就像自己处在矿山中一样。

（一）稳定性、易用性

系统在进行开发的时期，要全方位的了解到对设备进行集合以及对虚拟场景的创建，让具有专业能力的工作人员对相关的功能进行检测，降低系统发生漏洞的几率，从而更加全面的确保系统的稳定。利用相关三维建模和相关软件来进行对矿山的规划和设计，以便于工作人员更熟练的操作。

（二）场景的可视化

一个真实程度相对较强的三维虚拟场景，它所呈现出的真实性以及具体的细节应该比实际的场景有更加清晰直观，让使用者能够感受到这项技术的全面性和真实性[1]。

（三）人机交互

利用虚拟仿真的技术，把虚拟场景与现实情境相互联系之后再进行更深层次的探究，能使设施的相关操作更加迅速的完成，从而为使用者的操作方式获得便捷。

二、3D虚拟仿真系统的组成、原理及特点

3DMax是现在最新的三维制作软件，在各行各业都有着极为宽泛的使用。再模型制作完成后，需要使用相关程序把各个模型进行关联，同时让做好的程序运行起来。

使用软件完成相关制作之后，就要在计算机上运行，将各个部分结合构成一个仿真框架，并且虚拟仿真技术事实上是可以使用以及创造的计算机体系。这种虚拟的方式由计算机产生，它既可以是对现实世界的场景再现，也可以是自己理想中世界的想象，使用者可以利用试、听等多方面渠道与虚拟世界进项相互的联系。他用极其仿真的形式为使用者建立出一个随时可以现实变化的的立体世界，并且还可以通过使用相关的设备，为使用者观察虚拟世界的机会，让使用者直接感受和探索虚拟世界的情景与变化，让使用者产生身临其境的感觉。虚拟技术有四个特征：

1、沉浸性特征

在虚拟技术使用的过程中，使用者可以从、听、视、嗅等多方面进行感受，使自己感觉就像是自己在那个情境之中。理想中的仿真系统应该给人提高多种形式的感知。

2、交互性特征

在虚拟仿真系统中，情景不仅可以对人产生一定作用，人也可以对情景进行一定程度的控制，并且人是以自己的语言、行为进行控制的，虚拟的环境还可以对人的实际操作产生比较真实的反应。例如，在飞行员按下导弹发射的程序时，就会看到一个虚拟的导弹被发射出去并且对相应的目标进行追踪；导弹追踪到自己的目标后就会炸开，在这个过程中也可以观察到爆炸的残骸以及亮光[2]。

3、虚幻性特征

也就是说系统中的环境是虚拟的，是人使用相关计算机工具进行虚幻出来的。他可以是在模拟过程中现实存在的环境，也可以是当前世界中所不存在的、在将来可能会存在的环境，还可以是世界中并不存在只是人们幻想出来的情境。

4、逼真性特征

虚拟仿真系统的逼真性主要表现为两点：一是，虚拟环境中所带给人的感受与模拟世界的感觉非常相似，所有的感觉都具有真实性，就好像是在现实的世界中；二是，在人的行为在虚拟的环境中展现的时候相关环境所具有的反应也与客观世界相互匹配。如果给虚幻的物体一个力，那么这个物体的相关运动也会与定律相互匹配，并且会随着力的发展轨道产生一定的加速度，碰到阻碍时也就会被挡住。

三、3D虚拟仿真系统在矿山中的开发应用流程

为了能够让灾害发生时的场景再次呈现，可以利用虚拟虚拟技术去创建一个具有物理性演示以及灾害发生过程的三维景象。场景可以模拟灾害地点、人物、基础设施等的实际现象，整个场景都是灾难发生的过程，让使用者体验灾难发生时的感觉，并且在有条理的引导下对所遇到的情况进行救援或者找出正确避免危险的方法。矿山应急救援仿真演练分为三部分：

首先就是创建起危险的虚幻环境，把不正确的操作方式直接的展示给学习人员，使学习人员进步感受其中的虚拟世界，从而使员工的行为方式以及思想都得到一个规范[3]。按照矿山研究的结果，在所进行的一系列活动中，根据危险的程度选择200个比较经典的、会对人员造成直接伤害的仿真动漫。

其次，可以选择煤炭集团的经典案件，使用三维技术再次把事故发生的状况直接的显示出来，全方位多角度的展示这个案件。这样员工就能直观的感受到事故的环境，进一步激发学习的热情，从而总结出规律，达到安全教育的目的。

最后，能够更加清晰的在计算机的屏幕上或者其他渠道显示出各种之间的发生过程。按照各种事故、灾害法伤的特点，实施相关的救援方式，用三维的仿真技术进行演示，让员工更加了解救援的步骤。如果发生了比较严重的事故，可以在第一时间进行报告，并立即实施预先规划好的方案，有效的进行引导和指示，实施援助，尽量减少事故所涉及的领域，使人员的伤害以及损失降到最低，从而达到强化对事故的处理以及救援的能力。

结束语

将三维仿真合计数所具有的的优势运用在矿山的生产以及训练上，会有效节约培训时间，进一步强化培训的效果，从而给矿山也的发展创造更多的经济利益，还能为矿山的安全性提供技术上的保障。三维仿真技术在移动程度上可以避免在实际学习中所出现的各项隐患，新学员可以自主的设计出各种事故，利用三维虚拟仿真技术学习到相关的避免风的知识，还可以对设备的运行方式进行模拟，以便于对矿山的各项生产方式进行严谨的研究。

参考文献：

[1]王文田,关长亮,刘启超,等.虚拟仿真技术在智慧矿山建设中的应用探讨[J].中国矿山工程,2017,46(5):69-72.

[2]郅富标.3D虚拟仿真技术在矿山应急救援系统中的应用[J].河北能源职业技术学院学报,2017,17(1):54-56.

[3]胡东涛,黄浪,周焕明,等.基于虚拟现实技术的非煤矿山救护队培训系统设计与实现[J].中国安全生产科学技术,2017,13(2):171-175.