虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中的應(yīng)用探討

張獻(xiàn)忠，姜 薇，王茂光

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 22m08)

摘 要：介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)技術(shù)的基本概念及技術(shù)特點(diǎn)，分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦

安全技術(shù)培訓(xùn)中運(yùn)用的直觀性及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；煤礦安全；培訓(xùn)

中圖分類號(hào)：TD79；X925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-4495(2004)03-0029-02

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality，VR)，又稱靈境技

術(shù)。近年來VR技術(shù)在研究領(lǐng)域十分活躍，它匯集了

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)接口技

術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)和人的行

為學(xué)研究等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是多媒體技術(shù)

發(fā)展的更高境界，是這些技術(shù)高層次的集成和滲透。

它給用戶以更逼真的體驗(yàn)，它為人們探索宏觀世界

和微觀世界中由于種種原因不便于直接觀察的事物

的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，提供了極大的便利。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一

種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)

圖形構(gòu)成的三度空間，或是把其它現(xiàn)實(shí)環(huán)境編制到

計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶

在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。這種技

術(shù)的應(yīng)用，改進(jìn)了人們利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工程數(shù)據(jù)處

理的方式，尤其在需要對(duì)大量抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)。

目前，新興的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已滲透到科學(xué)、技術(shù)、工

程、醫(yī)學(xué)、文化、娛樂的各個(gè)領(lǐng)域，引起許多行業(yè)的變

革。例如在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，人們已經(jīng)可以在樓房或飛機(jī)的

圖紙還未出來之前，到樓房中巡視，到飛機(jī)中檢查設(shè)

計(jì)是否合理；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它不僅已經(jīng)在診斷、治療

甚至手術(shù)中發(fā)揮作用，而且已經(jīng)使某些醫(yī)療培訓(xùn)工

作在虛擬環(huán)境中進(jìn)行了，既不會(huì)對(duì)病人造成生命危

險(xiǎn)，又可以重現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)、低概率的手術(shù)病例，可供培

訓(xùn)對(duì)象反復(fù)練習(xí)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬環(huán)境是計(jì)算機(jī)生成的具有沉浸感的模擬環(huán)

境(如飛機(jī)駕駛艙、操作現(xiàn)場(chǎng)等環(huán)境)，它對(duì)參與者生

成諸如視覺、聽覺、觸覺、味覺等各種感官信息，通過

多種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶

與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互，給參與者一種身臨其

境的感覺。因此，虛擬環(huán)境是一種新發(fā)展的、具有新

含義的一種人機(jī)交互系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因此具有

以下幾個(gè)重要特征：

1)多感知性?，F(xiàn)在人對(duì)一般多媒體計(jì)算機(jī)具有

視覺感知與聽覺感知，人只能看到圖像與聲音。但是

在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中，還將具有力覺感知、觸覺感

知、運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想

的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的感知功能。

2)沉浸感。它是操作者感到作為主角存在于虛擬

環(huán)境中的真實(shí)程度。在一個(gè)理想的虛擬環(huán)境中能達(dá)

到使操作者難以分辨真假的程度。

3)實(shí)時(shí)交互性。交互性是使用者能對(duì)環(huán)境內(nèi)物

體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度，例

如，用戶可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時(shí)手

有握著東西的感覺，并可以感覺物體重量，視場(chǎng)中的

物體也隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。如在一個(gè)真正的虛擬的

煤礦環(huán)境中，操作者能感到CH4爆炸所帶來的沖擊與

溫度，能操作這種“真實(shí)”環(huán)境中的各種設(shè)備。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。它可應(yīng)用

于建模與仿真、科學(xué)計(jì)算可視化、設(shè)計(jì)與規(guī)劃、教

育與培訓(xùn)、遙感、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)與娛樂等多個(gè)方面。在

以前，虛擬現(xiàn)實(shí)主要用在軍事上，如模擬飛機(jī)駕

駛，模擬戰(zhàn)爭(zhēng)等，現(xiàn)在已經(jīng)在很多方面得到使用，

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全培訓(xùn)中也有著廣泛的應(yīng)

用前景。

3 傳統(tǒng)煤礦安全培訓(xùn)

根據(jù)煤炭法規(guī)規(guī)定，煤礦職工每隔一段時(shí)間就

要進(jìn)行數(shù)天到數(shù)十天的安全技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容為

作者簡(jiǎn)介：張獻(xiàn)忠，男，碩士研究生，講師，研究方向：分布

式技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)。