一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了多種技術(shù)手段，其關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面:第一，環(huán)境建模技術(shù)。這種技術(shù)也稱之為虛擬環(huán)境的建立，目的是獲取實(shí)際三維環(huán)境和數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，利用三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。第二，立體顯示技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)中聲音消失的方向和用戶大腦運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)性，使其在虛擬環(huán)境空間中形成實(shí)時(shí)、有形狀的立體圖形。這種技術(shù)手段與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中涉及的CAD輔助技術(shù)有一定的關(guān)系，不同的是一個(gè)是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中形成圖形圖像，一個(gè)是在虛擬環(huán)境中形成虛擬圖像。第三，交互技術(shù)。與傳統(tǒng)模式的人機(jī)交互不同，虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互利用了現(xiàn)實(shí)中的傳感器技術(shù)，采用相應(yīng)的傳感器設(shè)備，使三維交互技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)以及語(yǔ)音輸入技術(shù)成為虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要手段。第四，系統(tǒng)集成技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，存在大量的虛擬感知信息和虛擬現(xiàn)實(shí)模型，所有在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中完成系統(tǒng)集成是非常必要的，它能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)信息的同步、虛擬模型的標(biāo)定以及數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換等多項(xiàng)技術(shù)功能。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于采礦工程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以在煤礦項(xiàng)目設(shè)計(jì)、可行性研究報(bào)告設(shè)計(jì)、安全專篇設(shè)計(jì)等的采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、監(jiān)測(cè)監(jiān)控和人員定位等系統(tǒng)生成三維虛擬模型，這些模型的生成可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者進(jìn)行交互，在虛擬交互環(huán)境中，可以判斷和檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效果，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理或者不到位的地方，就能夠通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能進(jìn)行修訂和更改，并及時(shí)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中顯現(xiàn)出來(lái)。

(二)施工工藝方面

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以根據(jù)礦山施工工藝的操作施工進(jìn)行模擬，具體流程就是在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的軟件中生成整個(gè)煤礦井下的作業(yè)場(chǎng)景，采礦工程的工程技術(shù)人員可以在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中對(duì)作業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行操作，這樣可以在現(xiàn)實(shí)煤礦井下生產(chǎn)施工中選擇最佳的施工工藝，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)生成施工工藝的模擬和場(chǎng)景再現(xiàn)，對(duì)確定礦井施工工藝流程起到預(yù)控效果。

(三)管理方面

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以應(yīng)用于礦山管理中，涉及礦山的生產(chǎn)施工、安全環(huán)保以及機(jī)械設(shè)備等方面的管理工作。這一應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)主要以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作、動(dòng)態(tài)環(huán)境功能為依據(jù)，采礦工程的管理人員可以根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)場(chǎng)景對(duì)煤礦井下的生產(chǎn)施工情況、整體運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行綜合評(píng)估。

(四)培訓(xùn)方面

在本文前文中提及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以供采礦工程專業(yè)的實(shí)習(xí)生、礦區(qū)的職工以及技術(shù)人員進(jìn)行崗前的教育培訓(xùn)，這一點(diǎn)充分證明了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山培訓(xùn)教育方面的應(yīng)用效果。在礦山培訓(xùn)工作中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以降低培訓(xùn)費(fèi)用，縮短培訓(xùn)時(shí)間。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山培訓(xùn)工作上的具體形式，就是將培訓(xùn)人員置身于與現(xiàn)實(shí)施工危險(xiǎn)環(huán)境相似的虛擬環(huán)境中，當(dāng)靠近危險(xiǎn)位置時(shí)，危險(xiǎn)的對(duì)象就會(huì)由培訓(xùn)人員主動(dòng)確定，并根據(jù)一系列選項(xiàng)來(lái)評(píng)價(jià)危險(xiǎn)的嚴(yán)重性及危險(xiǎn)發(fā)生的概率，當(dāng)計(jì)算機(jī)中的虛擬測(cè)試形式不變時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)保存培訓(xùn)人員在虛擬環(huán)境中的具體表現(xiàn)，這樣就能生成一份有效的培訓(xùn)報(bào)告。

(五)安全方面

由于采礦工程具有一定的特殊性和復(fù)雜性，而且存在較大的安全隱患。在礦井開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸是最為常見(jiàn)的兩種礦井災(zāi)害。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，礦山網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)的建立，使得礦井下的復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)成為可能，可以充分指導(dǎo)井下災(zāi)害自救工作，有效控制井下風(fēng)流的流向，保證井下火災(zāi)發(fā)生后保持有效的通風(fēng)效果，從而確保井下作業(yè)人員安全撤出，避免火災(zāi)的勢(shì)頭蔓延，引發(fā)更大的安全事故。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山安全的應(yīng)用具有非常重要的作用，它是對(duì)真實(shí)礦井下的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行模擬，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)狀態(tài)模型進(jìn)行模擬分析，將真實(shí)逼真的火災(zāi)場(chǎng)景呈動(dòng)態(tài)的形式顯示出來(lái)。

(六)特殊環(huán)境條件下的應(yīng)用

在進(jìn)行深部礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在這個(gè)虛擬環(huán)境中涉及交互式的動(dòng)態(tài)模型，以此確定特殊采礦環(huán)境下的采礦方法、巷道布置方式、通風(fēng)設(shè)計(jì)以及礦井開(kāi)采參數(shù)。在海底下采礦工程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以根據(jù)海底下地理環(huán)境條件建立虛擬模型，以此確定海底下采礦環(huán)境下的采礦方式及相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)。

三、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展速度加快，作為一種高新技術(shù)手段，其在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果是顯而易見(jiàn)的。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用研究還處于初級(jí)階段，但是從上文中不難看出，該技術(shù)在采礦工程中有著寬闊的發(fā)展前景。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步完善和提高，將進(jìn)一步提高我國(guó)采礦工程技術(shù)水平，也必將在我國(guó)礦山開(kāi)采和技術(shù)管理中發(fā)揮不可替代的作用。

作者：陳磊 單位：貴州畢節(jié)納雍縣煤炭工業(yè)局