...代科技的碰撞 虚拟现实走进采矿工程教学课堂
胡安昌
[摘 要]近年来，虚拟现实技术及其在采矿工程中的应用得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了当前采矿工程现状，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就虚拟现实技术在采矿工程工作中的应用展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
[关键词]虚拟现实技术；采矿工程；应用；策略
中图分类号：TD80，TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0380-01
1 前言
随着采矿工程条件的不断变化，对虚拟现实技术的应用提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践，并取得理想效果。基于此，本文从概述相关内容着手本课题的研究。
2 虚拟现实技术概述
虚拟现实的概念提出于20世纪70年代，90年代初开始受到广泛重视，并得到了快速发展，目前已经发展成涉及计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能技术、心理学、人类工程学等学科领域的一项综合技术。虚拟现实系统具有三个主要特征，即沉浸性、交互性和构想性。通过使用者与虚拟环境的各种对象的相互作用，产生如同现实世界一样的真实感。在虚拟现实环境中，使用者不仅能获得身临其境的感觉和体会，还可以通过某些手段影响和改变虚拟环境，把虚拟现实系统作为模拟操作，模拟施工，模拟决策等的平台，从而大大丰富了参与者的身心体验，提高了参与者对对象系统的认知水平。
VR是计算机技术的高级阶段，目前世界范围内的VR技术的研究可归纳为危险环境及远程环境下的监控操作、科学感知、CAD、教育培训、空间探索、医学和娱乐等方面。
3 采矿工程现状
矿山是经历了很长的时间才形成的，一般来说矿藏都是存在于地下，构造复杂，环境多变，在这样的环境下进行采矿非常困难。为了采矿工程的顺利进行，在采矿过程中需要不断的对地质进行勘察和检测，以便及时获得各种各样的信息和数据，并且用一定的方法将这种信息和数据进行处理，以便能了解地质现有的情况，这样才能实时的掌握采矿工程的安全性。
现有的矿山采矿工程中对数据和信息的储存大多以文字、图纸、图表为主，对勘察结果的表达也是数字或平面图，这对分析研究非常不便。由于数据和平面图的空间感不足，表达不够直观，采矿工程中出现的问题就难及时发现。
在传统的采矿工程中，大量的数据没有得到真实的反应，不能有针对性地做出决策，使采矿工程风险是很大。像这样的直观能力差、表现力差、数据利用不充分、绘图费时、工作效率不高的传统模式渐渐被淘汰。相对于其他的研究者，地质体是一个类型多、变化大的复杂体，由于其完全是没有任何规律可言，因此研究起来只有打破常规，很麻烦。对于地质的研究一般来说包括了岩层的划分、断层的特征、岩土的特性、水文地质等等，而这些数据一般来说都是从钻孔得到的。这些数据反映了地质的真实情况，这对于可视化仿真技术的运用奠定了基础。而由于地质是一个非常复杂的环境，其内部环境没有固定的模式，因此在进行取证数据时就变得尤为困难。地质数据也是对于一个点的检测的数据，如果要运用到大面积的反映还是存在一些不确定性，而为了解决这一不准确性，数学上一般都会采取多地点取样来进行多数据的采集，这样就可以有效的减少误差，而这样做的缺点就是建立出来的三维模型往往都是点分布不均衡，离散型的，这样对后期的分析是非常困难的。
4 虚拟现实技术在采矿工程工作中的应用
4.1 利用3Dmax三维软件初步建立可视化三维结构及模型
地质是一个非常复杂的研究对象，其不仅包含了不同的质地，形状和结构也是复杂多变的，在研究地质的时候首先就是要根据三维可视化仿真技术的需要，充分的反应所研究的对象的属性和特点，这样才能让建立出来的三维仿真系统最大程度的反应被研究对象的特点。将三维数据结构进行收集，利用三维数据结构建立采矿工程虚拟可视化仿真环境。
虚拟可视化三维环境的建立中的基础环节包括模型、材质、灯光、摄像机和动画五大要素来构成虚拟可视化三维系统。在这个基础环节我们要利用到3Dmax三维制作工具，要创造一个效果精良的虚拟操作环境，首先就要掌握基础环节这五大要素的基础知识，首先我们对第一要素模型的建立进行简单的介绍。
通常，建模技术可分为两类：几何建模和行为建模。几何模型是基于物体的几何形状等信息和表示，研究图形数据结构等问；行为建模则是处理对物体的运动和行为的描述，通常称之为动画这个我们在第五要死动画中会有介绍。
4.2 三维结构模型的材质与贴图
采矿工程虚拟可视化三维环境系统中光有模型是远远不够的，如果一个物体仅具有一种单调的颜色，这个物体就不会给操作用户带来更直观的预览效果，其真实感也将大大减弱。材质，就是在物体表面创造出一种光学效果，让模型在着色时展现出不同的质地和色彩。例如，让模型看起来像玻璃、金属或者大理石等。贴图是材质编辑器中的一个关键步骤，一个好的三维场景，其贴图的使用是很频繁的。用好贴图将大大增强模型的真实感。图2为模型材质烘培。
4.3 虚拟现实可视化场景的灯光与环境
在制作了逼真的三维模型与精美的材质后，还需要模拟一些自然界中的环境效果，使采矿工程场景显得更为真实。3Dmax系统主要为用户提供了两种环境处理手段，即灯光和雾。灯光是制作三维场景时一项非常重要的内容。在3Dmax中，灯光是一种特殊的对象，它本身不能被渲染着色，但它却影响着其他物体的表面和色彩。因而，灯光和材质起着同样的作用和效果，二者相结合，将使物体更具真实感与魅力。
4.4 虚拟现实可视化场景中动画制作与摄像机动画
动画为动态的观察和表现三维场景及其物体提供了一种最为有效的方法。在3Dmax中，可以制作變换动画（移动、旋转、缩放）、放样动画、粒子动画、管理器动画、动力学动画、正向或反向链接动画、环境动画、材质动画以及变形动画等。总之在3dmax中凡是有参数设定的模块功能，几乎都可以制作成为某种形式的动画效果。
4.5 Dmax与VRML的结合
VRML其实是一套虚拟现实语言规范，他的特点是文件小，灵活度比较自由，比较适合网络传播，但程序语言繁杂且年代较久远，所以画面效果比较差，与VRML复杂的程序指令相比，3Dmax则是一种快捷直观的建模方法。对于一个在3Dmax中创建出来的三维场景，用户不但可以将它直接导出到VRML中，还能够在其中插入多种VRML节点，并且将这些节点和空间中的造型链接在一起，设置各项参数，以致最后得到的VRML文件和直接编写的VRML文件完全相同。
首先是将上述的模型软件转换为VRML可支持的格式，在3DMax中用Export命令，将模型转换为.WRL文件，这是支持的文件格式，然后在VRML浏览器中进行程序语言描述。在这里可以实现复杂的动作控制。通过程序控制可以设置鼠标或者键盘的导航控制，也可以实现丰富的漫游动作控制，如在一个场景中，用键盘来控制左右行走，用鼠标来控制行走、开关等以及更为复杂的机关系统，同时也可以嵌入音乐以及动画，使得漫游更为丰富。
5 结束语
通过对虚拟现实技术及其在采矿工程中应用的研究，我们可以发现，该项技术方法良好应用效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从采矿工程的客观实际出发，研究制定最为符合实际的虚拟现实技术应用实施策略。
参考文献
[1] 梁宇涛.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].实验技术与管理.
[2] 夏艳华，白世伟.层状地质体与地下工程开挖三维可视化[J].岩土力学.
