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煤矿仿真实训系统建设

发布者:拓测仪器      发布时间:2022-01-18 17:23

仿真实训系统建设

一、 概述

煤炭是我国的主要能源,随着煤炭工业整体快速发展,国内矿山自动化、信息化建设也取得了一定的成效,各类自动化、监测监控系统在煤矿生产管理过程中正发挥着重要作用。
近年来,由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡,虚拟仿真实训在各大高校中开始得到广泛的应用,成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成,构建一个与现实的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境,通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体,构成一个虚拟仿真教学系统。虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心,具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点。这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练,为解决高校教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。
 

1.1 总体目标

针对煤矿资源与开采环境以及生产过程控制的全过程,采用先进的数字信息技术,建立三维数字化矿井模型,结合、科研机构、矿产集团已有的相关数据,我们开发一套专业数字化矿道水情仿真实训虚拟仿真系统,实现煤矿矿道结构分布情况、水情模拟、培训、学习考核。目标就是要实现学生通过虚拟仿真实验室平台模拟各类矿道水害发生情况,真实操控、体验、处理、预防水害情况。
1. 运用三维技术,还原地下矿道真实情况。
煤矿地下矿道是学生在学习当中无法了解的一个即神密又专业的地方;地下矿道通常在地下几十米到几百米之间,正常情况下是不会允许学生下到矿井中去学习;而虚拟仿真系统可通过专业人士进入到井下,采集数据,三维虚拟成像;这样就可把一座真实的地下矿道搬入到我们眼前。
2. 用虚拟仿真技术辅助学院的教学工作。
近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了相应的专业虚拟仿真实验室。达到教学互动、资源共享、不受时空限制、全天候的信息化教学目的,在教学方面具有利用率高,易维护等诸多优点。虚拟仿真教学彻底打破空间的限制,在任何地点任何时间给学员提供学习、工作和研究,便于教学和战术研究的进行。学员可根据需求利用虚拟仿真技术模拟学习、推演。虚拟设备不存在磨损、破坏问题,可反复使用,既满足了教学要求,又能节省实验经费、提高办学效益。
3. 增加学生的矿道体验。
大量过往事实证明,学习课本上学会的东西,到了真实地下矿道工作当中往往因为缺乏经验,产生兴奋或紧张恐惧的状态而导致实战能力大打折扣,在虚拟现实的水灾环境下的训练对学员明显价值更大,但是实际的矿道环境下搭建成本高,且具有风险,因此亟需通过新型科技手段来提员的在地下矿道中的体验,从而锤炼学员的心理素质,并对标准动作形成肌肉记忆,确保临场的冷静、合理应对。
4. 对学生的实际指挥能力进行检验考核
目前的考核方式,还是多以纸笔答题为主,实际指挥如同作战,很多东西在考卷上是无法体现的。客观上来说,主要还是受制于手段,单纯基于答卷的考核并不能很好的体现学生的实际指挥水平。
采用仿真技术手段,模拟灾情的过程,并将各类灾情设置成考题,依托虚拟仿真服务器实现多人在线模拟仿真考试的效果。支持题库设置、考卷设置等功能,同时支持加载各类要素、支持人员、车辆任务设置和编辑,支持水情过程的阶段录制和轨迹回放,支持客观评判和主观评价相结合的阅卷模式,两种模式结合,确保对学员的评判科学、合理。
 

1.2 需求分析

如何提供一种新颖、教学与实践相结合的教学模式已经成为专业化、素质化前进道路上的重要环节。通过与学生、教师、实验室管理者、行业专家这几大类用户的沟通,我们将相关需求总结如下:
Ø 学生学习的需求
1.模拟实务的真实环境,将理论知识通过三维可视化方式展现出来,使人产生身临其境的直观感觉;
2.通过文字、图片、视频等传统教学手段与三维可视化方式的对比教学,进一步强化对理论和实践的理解和记忆。
3. 亲身体验、互动能提高学生的接受理解能力。
Ø 教师教学的需求
1.能将理论知识通过三维可视化的方式展现出来,便于深层次知识的讲解和阐述;
2.能播放文字、图片、视频等传统教学素材,并能与三维可视化方式结合在一起,进行综合性授课;
3.能自主设计和编辑各种教学素材,并能将这些素材整合在一起,形成教案。
4.能实现软件硬件的互动。
Ø 管理的需求
1.展示在教育信息化方面所作的工作,及取得的重要成果,提升知名度;
2.不仅能用于多个专业的教学,而且能满足举办会议和活动的展示与渲传。
 
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具,并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实的产生与发展也同样如此,虚拟现实教学系统是集合虚拟现实教学软件平台与演示交互硬件设备的一整套系统集成。就虚拟现实教学本身而言,它主要涉及到三个研究领域:
通过计算机图形方式建立教学课件的三维内容效果;
建立对学生在三维的观察界面;
通过外部设备与三维课件进行任意交互。
但是,目前的教学模式和综合实践远远无法满足对人才培养的需要。
首先,从教学模式来看,现行的教育还停留在传统模式下(如上图所示),即学生通过进入校园后,由专业教师安排理论课程、专业知识的学习,安排学生到实地现场进行1~2次的实物操作。学生通过考试,获得毕业证书;有些还获得职业资格考试证书,借以获得就业的机会。作为教学的组织者、社会人才的输出者,扮演着一个重要的角色。但是,由于场地和客观条件的限制,教学的同时无法与实践相结合,使得学生的实际操作能力和社会要求有很大脱节,自我学习能力极其薄弱,导致社会适应能力下降,这严重偏离了职业教育、素质教育的发展方向要求。
其次,从教学手段来看,教师采用书面备课,黑板、录像视频、幻灯片或者PPT文档进行授课。然而,这些不同格式的文件往往使用不同的媒体播放器,这导致教师无法将这些文件整合成统一的教案,从而影响了教学效率。在一定程度上,导致了学生对实务操作一知半解,没有真正达到理论与实践相结合的教学效果。
 
虚拟现实教学技术能够创建与现实社会类似的环境,进而解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求,因此其在教育领域内应用极其广阔。
在教育理论体系中,学习理论是处于核心地位的;虚拟现实教学教室在教育中的应用也是按学习知识开发相应的可视会交互内容;虚拟现实教学本身是对客观对象的模拟,所构建的学习环境与实际生活情境相关。因此,如果把虚拟现实教学教室与教育有机地结合,教育与社会需求之间的差距将得以缩小,这将对未来的教育产生深远影响。
在教学实践中,亲身经历、亲身感受比空洞抽象的说教更具说服力,主动地去交互与被动的观看有着质的差别。因此,虚拟现实教室可以广泛用于学习情景的创设,增加学习内容的形象性和趣味性,进而实现模拟训练。通过VR进行学习和教育,不光可以减少现实空间中某些训练操作的困难和危险,更可以使训练造价得到大幅度降低。所以我们说,虚拟现实将是继多媒体教学、计算机网络教学之后,在教育领域内具有应用前景的一项技术。

1.3 实训系统教学特色

Ø 虚拟现实教学系统以虚拟现实软件平台为基础,将图片、文字、视频、影片、360度全景场景、多媒体、三维数字化场景等教学素材组合成为风格不同的教案,供教师教学使用。使教学知识丰富多彩,教学方式简单化。
Ø 支持投影立体成像,多组投影融合一个整体大屏。以往投影成像技术只支持一组投影,像素限定了成像区域的大小,通过融合机,可以将多组投影融合,解决成像区域大小的问题。
Ø 支持多种教学交互设备操作。
 

1.4 实训系统设计原则

根据数字化校园教学信息管理和实训的实际应用需求,该系统将遵循“先进性、实用性、经济性、可扩充和可维护性、规范性、可靠性”这六大原则,成为一个真正能满足教育教学提高学生专业化、素质化的新型虚拟现实教学系统平台。
Ø 先进性原则
该系统采用了当今国际上的三维立体成像技术,结合数据库技术和局域网技术,创建出一套新颖、互动的教学系统,适应和满足今后技术发展变化和校园教育发展变化的需要。
Ø 实用性原则
该系统的建设紧密围绕教学体验的实际需求进行方案设计,功能上满足了校园教学的需要。系统包含立体成像显示系统、互动教学系统平台两种方式,界面设计友好,易于操作,具有教学、演示功能和互动功能,便于教师使用。
Ø 经济性原则
在满足实用性原则的基础上,保证各个环节投资利用化。在系统集成方案设计上,硬件配置、软件模块开发和数据库设计、局域网设计这四块设计充分考虑现有的资源,将能利用的进行充分利用,在实现系统全部功能基础上尽可能的节约经济成本。
Ø 可扩充和可维护性原则
系统的开放性应比较强,能对后台数据资源库的各种相关数据进行更新和修改,教学的实际应用功能也能不断地提升和拓宽。同时,该系统应具备了教学共享、协同的能力,以满足教学发展、资源得到利用的需求。此外,系统易于维护,使管理教师能非常容易地维护整个系统的正常运行。
Ø 规范性原则
在设计到实施的全过程中,该系统保持了良好的科学合理性。一方面,系统设计符合软件工程技术行业要求和标准,另一方面,在系统集成方案实施中,布线、软、硬件设备的安装与调试也完全符合国家规范与要求。
Ø 可靠性原则
根据计算机集成系统风险控制原理,在满足系统功能应用的前提下,本系统采用了优化的数据加密方案,保证景点数据的稳定性和教学系统的可靠性,从而将计算机系统的风险环节控制在范围内。

二、 系统总体方案设计

2.1 系统设计思路

本着面向教育、服务教育的宗旨,充分考虑教育行业中能为老师、学生所解决的问题而开发本套教学系统解决方案。本系统中,我们着重考虑三个方面:平台互动体验真实、地下煤矿道三维制作效果逼真、学生实训考核功能完整。根据设计原则、设计规范和依据及国际国内标准,并根据用户的需求,以及所提供的图纸及相关资料,并接合产品实际情况进行设计。
 

2.2系统框架结构

 

2.3系统技术

实践中,我们通常是采取对象的分析设计方法对系统设计进行分析,建立基于GIS的矿山地形场景三维可视化数据模型。可使用软件3DMAX制作矿井里三维场景与相关三维模型、UNITY 3D设计系统界面和设定相关控件、Visual C++、Visual C#、OpenGL三维图形库和SQL Server 2000数据库,合理构建一个三维可视化系统。           
在系统设计的过程中,利用bigemap获取矿山地形高程系图,通过OSGGIS功能,实现地形的环境的三维可视化;3dmax建立各种数据文件(点、线、面等),并将其运用到矿井工作面和巷道工作中去;解决多层地层、断层的三维数据体显示、巷道的数学模型建立及其自动或交互地生成和编辑问题;利用UNITY 3D的编辑功能,将钻孔、定位点等作为点图元的形式,把巷道、断层等作为线图元的形式,将煤区等作为面图元的形式编辑和管理;工作人员可以通过制作三维矿井的点、线、面呈现进行分析;处理后的图像呈现立体网面图,利用切面系统对采煤和推进过程进行模拟演示,或者采用雾化技术实现巷道中瓦斯浓度分布及变化的模拟结合虚拟现实技术进行事故模拟仿真等。

2.3.1 三维建模技术

随着虚拟现实技术的成熟发展,已经作为一种产业逐步在各行各业得到应用,虚拟现实平台软件层出不穷,它们有一个共同的特点就是致力于更好地展现所创造虚拟环境的沉浸感、交互性、构想性,但三维模型、动画的构建还需要借助第三方软件来实现。3DSMAX是知名的三维建模、动画与渲染软件,绝大多数虚拟现实中三维模型和动画的制作是利用3DSMAX来实现的。结合矿山虚拟现实的构建,3DSMAX在虚拟现实构建中三维模型建立的方法和技巧。
基于3DSMAX3维造型的3维场景建模方法
矿山三维场景的建模包括虚拟现实矿山所要呈现的所有矿井实体,设械设备等等。矿山山体可以采用GIS生成、平面图、航拍图等;模型的纹理数据主要来自实地拍摄的数码相片。矿山山体地形模型的建立是利用1∶5000矿山高层图等高线数据(DWG文件),直接导入3DSMAX软件中,可以直接生成高低起伏的地形模型,转换成FBX格式导入UNITY3D中;校园地物模型直接利用3DSMAX进行建模,添加纹理、经过渲染后导入UNITY3D。基本流程如图1示。
 
3DSMAX中虚拟现实三维模型的建立
虚拟现实环境中,对建模要求较高的就是机械设备、人物、树木的建模,要想在虚拟现实中更逼真地显示模型,需要进行精细建模,或借助于第三方插件来完成人物、树木模型的建立,这种方法可以达到逼真的效果,但占用空间较大,严重影响运行速度,所以建模选用纹理贴图配合建模的方法来实现,达到较真实的陪衬效果。
 
虚拟现实环境中,道路、地面等封闭区域的制作,直接在3DSMAX中绘制样条曲线,然后利用修改器列表中的挤出命令,挤出的数量设为零来实现,为了控制模型的大小,要对样条曲线的“边”和“步数”进行优化设置。单个实体模型的建立,较为简单,一般先是在3DSMAX中按照实际尺寸建立室外模型,然后利用处理好的数码照片进行贴图、渲染处理,就可以达到较好的效果。校园中实体模型的建立多数采用的是“样条曲线”加“挤出”命令来实现的,复杂的模型一般要借助“放样”“车削”方法来创建。为了更真实反映现实矿井,矿井中所有模型的材质
全部来源于经Photoshop处理后的实地拍摄数码相片,为了能够正确显示贴图效果,所有模型在能够看到的面上附加了贴图坐标,即“UVW贴图”。在一些重要建筑物要求精细部分,为了避免两个相邻面贴图产生缝隙,采用了“UVW展开”命令进行贴图,尽量做到贴图效果与实际情况相符。
3DSMAX建立虚拟现实三维模型的关键技术
三维模型的总面数、总个数和三维模型贴图总量以及贴图的大小,直接影响虚拟现实系统运行的速度,所以怎样对三维模型进行优化、减少贴图个数和贴图本身的大小,是虚拟现实中三维模型建立的关键技术之一;另外,模型贴图照片的拍摄和处理方法对三维模型的渲染至关重要。
在3DSMAX构建三维模型,我们要时刻注意模型顶点数、边数、步数、个数的优化,以一栋建筑物模型为例,来说明模型优化的重要性。
 
3DSMAX3维场景模型导入UNITY3D
将创建完好3DSMAX三维模型转换成UNITY3D识别的FBX格式,然后导入到UNITY3D,对整个矿道里各类设备场景的虚拟场景进行光影渲染,配合音频流和视频流以及内置的物理引擎达到逼真的交互感觉,其运行模式下的煤矿道虚拟现实系统。
 

2.3.2 GIS技术实现三维矿山数据

GIS(Geographic Information System)是现代新技术,它以计算机为主要载体,是进行数据管理和分析的主要系统工具,我们将GIS运用到矿井的生产和管理中,系统通过对矿井各种地质、地形因素的综合研究和分析,以此来获得可以满足系统操作的信息数据,并能以图表、图形、图像等形式将各种数据信息表达出来。三维可视化技术可以将大量的数据通过图表和图像的形式表现出来,让原本抽象的数据变得更具体、更直接,还能将事物之间的联生动的展现出来,以此来提高人们对数据信息的理解,做出更准确的决定。三维可视化技术是一种新的系统思想,并随着科技的发展,已经在各个领域得到了广泛的应用,是当前矿业、地质、岩土、地球物理等研究领域的前沿和热点,用该项技术对矿井工作加以辅助,有利于将工作人员所需要的数据立体的呈现出来,通过对地质、地形等单元层位的拾取、追踪,分析层位间的切割关系,并总结出规律,以便提高工作的度。
利用GIS及三维可视化技术能够将矿井地质、地形等数据信息融入三维可视化空间,传统的技术只能以二维平面格式显示数据信息,而文本所说的三维可视技术是在此基础上的一种创新,矿井管理人员和技术人员可以通过所得到的数据,综合研究矿井各方面的地质、地形状况,这对提高矿井的生产效率和生产质量有积极作用。因此,加强矿井三维可视化数据模型和体系结构的建设,同时适时、准确地为矿山企业的设计、施工、生产、模拟分析以及对数据信息的查询、管理、维护等提供可行的技术途径,都颇具实践意义和生产价值。
GIS数据获取步聚:
1  Bigemap是一个获取GIS地理信息数据高程图、影像图的软件。如图:
 
2  通过地名或经纬度数据直接定位自己所需要下载地形的影像图和高程图:
 
3  通过osgGIS技术直接生成三维矿山:
 

2.3.3水害虚拟现实技术

诸多三维软件在开发水时都是一个难点,如果解决效果问题难以表现实际水流情况;解决实际水流问题,无穷多的粒子水属性势必造成机器无法承受。为了确决这一大难道,我们利用UNITY3D开发引擎里面的ParticleSystem和水插件Ceto就能完全实现水灾在矿井里的实际情况。
UNITY3D引擎里Particle System模拟水原理:
Particle System是UNITY3D里粒子属性的意思,可以模拟水、火、烟雾等等由粒子组成;同时又可以赋予它物理属性,模拟真实水流、碰撞的浪花等等。当矿道中突然有塌陷,有水流出时;当矿道的水位上升向另一处底的地方流入时等等。如下图:
 
注:上图中左边利用Particle System表现突然发生了水灾,下面的水流上升了可以通过Ceto插件来表现,
UNITY3D引擎里Ceto水插件:
Ceto水插件是一个表现水效非常好的小软件,它适合放在一个固定的地方表现,如一个水坑,矿道全被水淹时的水位上升
如下图: Ceto水插件在海面表现的效果与在矿道中水量控制情况
 
 
当发现水灾,现实中可以通当时有人在现场的观看和监视摄像机能大概的判断水流的大小,来作出决定采用什么样的防护处理;我们软件中可以通过计算粒子产生的多少来判断的水量的大小,会淹没什么样的地方,同时我们对应的三维场景中。我们还可以通过软件直接算出地面低位的面积,这样我们很方便的表现出如果一分钟不处理会淹到什么地方;一个小时不处理会发现什么地方。如图
 

2.3.4 实景三维数字化矿山技术

实景三维数字矿山是通过倾斜摄影技术创建的矿山三维场景,,该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像,获取到丰富的地表附着物顶面及侧视的高分辨率纹理。它不仅能够真实地反映地物情况,高精度地获取物方纹理信息,还可通过先进的定  位、融合、建模等技术,生成真实的三维矿山模型。该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土、矿山可视化管理等。
 
实景三维数字化矿山平台是矿山的三维可视化平台,将倾斜摄影自动建模的矿山模型通过WEB展示与管理。也是一套完整的二三位一体化的GIS系统,结合了地理量测、淹没模拟、日照模拟、多源数据载入等功能。
倾斜摄影自动化建模技术是近年来国际遥感与测绘领域迅速发展起来的一项高新技术。当前,国内外众多测绘单位和相关企业广泛采用该项技术来生产三维模型数据,并逐步取代传统手工建模,成为新的三维模型生产的重要方式。
不过,由于倾斜摄影自动化建模存在数据量庞大、单体化困难等“拦路虎”,目前倾斜摄影模型无法在大范围内很好地应用起来,这也成为各主流三维GIS平台亟需解决的难题。
数字矿山突破了倾斜摄影模型应用的难点,创新研发了WEB加载倾斜摄影模型、叠加二维矢量面数据实现单体化表达等技术,为倾斜摄影建模应用提供了的支持, 在海量倾斜模型渲染、单体化表达与操作、模型效果修补、多行业应用支持、支持三维空间 分析等方面为用户提供了简单易用、快速的解决方案,开启三维数据来源的新篇章。
 
■ 支持多种关系型数据库管理矢量数据、地形、影像、文字标注、三维模型数据,   包括:Oracle,SQL Server 和SQLite等; l
■ 支持管理TB级的数据量,建立海量、无缝空间数据库; l
■ 具有多重空间数据索引机制,拥有良好的访问速度和检索效率; l
■ 支持选中矢量、模型数据进行空间查询、属性查询、关联查询,支持字段值模   糊匹配查询;  l
■ 支持矢量数据、模型数据扩展添加用户自定义属性字段。

2.3.5系统数据管理

数据的组织管理
基于数字地球和地理环境的三维仿真场景系统具有海量的数据,而且数据类别也多种多样,所以须根据视景仿真系统的技术要求,采用科学的方法对数据进行管理,为三维仿真场景和任务环境的构建提供。
1基础地理数据组织管理方式
对于DEM、DOM等基础地理数据首先按照区域范围进行分割处理,分割后的数据文件按照特定的内部层次结构进行命名,不同格式的地理数据需要分类管理。这样做是为了方便数据存放、预先多线程加载、数据缓存等优化工作。
2任务模型数据组织管理方式
任务模型数据先按照用途进行分类,例如三维矿道、机器设备、工厂等等。单个模型内部节点按照树形结构进行管理。
对于工程车辆、井下设备、建筑等任务模型数据,通过3DMax等建模软件建模时,对各个子模型建立节点组结构,比如车辆模型树可包含轮胎、方向盘、机车等子节点。在实时仿真时,可以由程序实时控制舵面的偏转。
矢量数据管理控制方式
对于矢量数据,根据类型、属性、区域等特征分类管理,必要时将相关信息记录并添加到数据库,在实时仿真时,以图层为对象选择感兴趣的数据组合显示,同时也便于后续的字段属性搜索查询及定位。
构建“金字塔数据”模型
为了达到海量数据加载与显示的实时性,我们将按照分辨率的高低对地形数据采用分层组织、分块管理和存储的方法实现地形数据的金字塔构建。
多分辨率金字塔就是用一系列网格表示同一地区的地形,相邻上下层次之间网格的采样精度一般为1:4,在大范围地形显示时,采用较低精度的数据;在局部近距离显示时,采用高精度的数据。既能保证数据处理实时性,又能满足精度要求。
本项目中,我们将采用全球应用广泛的开源软件平台OSG (OpenSceneGraph)的三维地形自动生成处理功能模块,利用可获取的DEM、DOM数据来实现三维场景地形地貌建模,可以完成数据的校正、拼接、分块及金字塔生成,系统支持自动识别数据分辨率精度自动进行多分辨率分层、数据分块和数据压缩处理,创建支持快速浏览和调度的金字塔数据集。
数据入库拼接
系统将内置一个功能完备的金字塔数据生成模块,支持从数据下载、分块处理到数据入库的全过程地理数据生成和处理功能。
用户可以根据金字塔模型数据结构,构建海量的地形数据库(包括DEM和DOM),基于构建的地形数据库,系统将根据应用需求对金字塔结构的影像数据进行处理,并拼接成一整幅影像地图,同时支持对其他矢量数据进行读取调用、拼接定位,加载和显示。
数据拼接在实时绘制时进行,拼接的原理就是按照之前“构建金字塔数据模型”的方法,根据当前视点的位置与姿态,选择合适的金字塔层级,同时根据视锥体参数,判断金字塔层级内各个分块的可见性,如果可见则需检查数据文件是否已经加载进来,如果没有就需要调度线程及时调度并加载进来,如果不可见则检查不可见的分块是否已经加载,若加载则根据缓冲机制适时释放。


三、 项目可行方案

根据项目需要求制定两套方案,供用户选择

3.1 全息一体机

3.1.1 技术特点

 

 
 

3.1.2 全息一体机组成

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1.3 系统清单(预算15万)

序号 名称 参数与功能 数量 价钱
(套) (万元)
1 全息显示-UCV虚拟仿真平台V2.0 全息成像机柜:柜体按需定制化;柜体高2.2米、长1.5米、宽1米;柜体安装有电源和散热风扇;
全息膜:支持映射祼眼立体成像;玻离透明8毫米厚度,长1.46米,宽1米。
图像处理器:nVIDIA Quadro P5000 16GB 专业显卡;
显示设备:高亮度显示设备;尺寸65寸;比类16:9;屏幕分辨率 3840×2160;屏幕刷新频率 60Hz;
体感捕捉设备:Kinect2.0 1920*1080分辨率;支持同时识别6人,25个关节;水平视角70〫;垂直视角60〫;传感深度范围0.5米~4.5米;
UCV虚拟现实平台V2.0:学生可以实现体感交互三维模型;学生可以自己制作三维模型加入互动交互。
系统集成:采购一个750W工作站专用电源;两个扬声器;电源插板一套;各类连接线;安装调试;系统培训。
1 9
2 学生仿真体验DEMO  1 针对老空水、顶板水、底板突水、淋水出水、排水渠几种水害制作三维场景模拟过程;2模拟仿真水害的危害;3 模拟水害处理过程;4模拟水害逃生;5 学生可控制人物游览、巡防、逃生、演练等等;6 仿真内容参照真实井下矿道数据; 1 6
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 立体弧形大屏幕

3.2.1 技术特点


 
虚拟现实弧形大屏幕在科研、教育、展示等应用领域越来越广泛。将真实的环境虚拟立体成像展示在人们的眼前有助于让人们了解物体的结构、真实性;有助于科研设计、教学讲解;有助于数字化的发展。科技的发展过程中虚拟现实弧形大屏幕在各个行业都能呈现出他具大的优势。
 
l 能够模拟理想条件下的环境
l 引导学生主动探究
l 3D立体成像
l 学生可以独立,反复学习

 
 
 

3.2.2 系统组成

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  

3.2.3 系统清单(25.5万元)

 
序号 名称 参数与功能 数量 价钱
(套) (万元)
1 激光投影机 1、采用单片0.67"DMD成像,物理分辨率为1920*1200。
2、亮度达到8000流明,对比度达到100000:1。
3、激光光源,寿命可达20000小时。
4、支持主动3D模式。                                                  5、工作电压:AC 100V-240V
6、工作环境:温度5-40℃,湿度0%-90%。
7、尺寸和重量:455*455*180mm 16.8Kg。
8、可听噪音:标准模式37DBA,经济模式35DBA。
9、配套50幅3D主动式眼镜
1套 9.95
2 金属硬幕 尺寸:4米*2.5米
增益:0.8-1.0
视角:大于 160度
密度比重:1.19g/cm3 ;
拉伸屈服力:80MPa;
弯曲强度:115MPa;
冲击强度:1.6Kj/m2;
线性热膨胀系数:0.065mm/m℃;
吸水率(体积 60×60×3(mm3),24小时,23℃): <41mg,Ø
根据现场要求,弧度可设定以达到效果
10、3年零部件和人工
10平米 1.35
3 图形渲染工作站 CPU类型:
英特尔 至强 W 处理器
处理器描述
3.6 GHz 基础频率、使用英特尔 睿频加速技术时可达 3.9 GHz、8.25 MB 高速缓存、4 核
CPU频率(MHz)
3.6 GHz
CPU缓存
8.25 MB 高速缓存
主板:
芯片组
英特尔 C422
内存:32GB;
硬盘:256G固态+2TB
显示卡:P4000
1 4.2
4 主动式融合机 支持自动产生叠加带像素羽化边缘融合
支持任意曲面几何校正,达到40*40的网格精准调整显示
支持投影仪颜色一致性,支持投影机亮度差调节
支持网络远程控制
支持4路1920*1200分辨率输出
支持多节目功能,可实现遮罩、叠加、开窗等功能
支持超宽屏桌面融合功能,分辨率支持7680*1200或3840*2400
支持通过TCP、UDP、串口等数据协议控制
支持视频播放、桌面、图片等媒体显示
支持多服务器视频同步功能
支持任意大小融合带调整,多台投影可设置不同宽度融合带且每个融合带可单独调整
1通道 1.5
5 学生仿真体验DEMO  1 针对老空水、顶板水、底板突水、淋水出水、排水渠几种水害制作三维场景模拟过程;2模拟仿真水害的危害;3 模拟水害处理过程;4模拟水害逃生;5 学生可控制人物游览、巡防、逃生、演练等等;6 仿真内容参照真实井下矿道数据; 1 6
6 安装集成 金属投影吊架一套、6U机柜一套,20米高清数据线三套、大屏幕安装、投影机融合调试、给用户培训操作3天 1 2.5
 
 
 
 

四、 项目案例

虚拟现实作为一种强大的人机交互技术,一直是信息领域研究开发和应用的热点方向之一。我们从专业研究应用到教育民生是一种未来的区势,如何结合课程开发为老师学生所喜好的一种高科技技术教师是我们一直努力的目标与方向。

4.1 虚拟现实硬件环境

北信职虚拟现实演示厅
 
北京建筑大学全息演示厅
 

4.2 定制化软件开发案例

 
 
 
1钻井平台教学仿真系统
 
2地质褶皱与断裂实验:
 
3三轴岩石力学仪抗压实验:
 
4秦皇岛地质实训系统:
 
5京西煤矿地下实训系统:
 
 
6平朔井工三矿三维数字化平台: