煤礦不安全行為警示仿真的方法
【專利摘要】一種利用三維虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)煤礦不安全行為警示的方法，包括以下步驟：1.對煤礦中常見的不安全行為進行辨識和后果評估；2.對三維動畫進行規(guī)劃與設(shè)計，設(shè)計仿真系統(tǒng)中需要的可能出現(xiàn)的各個要素、場景；3.構(gòu)建基本模型；4.靜態(tài)和動態(tài)仿真；5.對虛擬仿真動畫進行后期合成，形成一個完整的煤礦不安全行為虛擬仿真系統(tǒng)。在建立虛擬場景中，以三維動畫形式形象、直觀地表現(xiàn)出來，提高井下工人的安全意識，提高煤礦安全培訓(xùn)的質(zhì)量。
【專利說明】煤礦不安全行為警示仿真的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了一種煤礦不安全行為管控的新方法，特別是一種煤礦不安全行為警示仿真的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)外煤礦歷史事故案例統(tǒng)計分析表明，人的不安全行為是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因。由于井下工人安全意識不高，不良安全習(xí)慣是導(dǎo)致一切事故的共性原因。培訓(xùn)教育是防止煤礦不安全行為發(fā)生的主要手段之一，然而，傳統(tǒng)的煤礦安全培訓(xùn)教育內(nèi)容枯燥，形式呆板，而且現(xiàn)有的視頻影音培訓(xùn)資料大都是規(guī)章制度的宣傳和應(yīng)知應(yīng)會內(nèi)容的示范和指弓丨，并不能很好的避免不安全行為的發(fā)生，不能有效地提高安全意識。
[0003]運用3D仿真技術(shù)，匯集采礦工程、安全科學(xué)與技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、現(xiàn)代仿真技術(shù)、計算機科學(xué)、三維造型技術(shù)、可視化技術(shù)等，建立煤礦的生產(chǎn)操作虛擬環(huán)境，將不可見的地下的一些安全行為操作和一些不安全行為操作及其造成后果展現(xiàn)出來，即以虛擬現(xiàn)實形式形象、直觀地表現(xiàn)出來，以新的技術(shù)手段和模式強化礦工的安全意識，客服不良習(xí)慣，促進安全生產(chǎn)。通過動畫的方式來模擬不安全行為帶來的事故，尤其是歷史上發(fā)生的安全事故，是安全培訓(xùn)的發(fā)展趨勢之一。將違反的規(guī)定利用解說字幕的形式出現(xiàn)在電視或其他顯示終端上，讓煤礦工人知道就是因為操作者沒有按照這些規(guī)定去做，才釀成了事故的發(fā)生。通過這些有血、有肉、有聲、有色并帶有藝術(shù)語言的動畫電視畫面，使煤礦員工在心靈深處受到震撼，并清楚地知道違章作業(yè)帶來的嚴重后果，從而達到學(xué)習(xí)《安全規(guī)程》、遵章作業(yè)、避免事故的發(fā)生，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種煤礦不安全行為警示仿真的方法，通過運用3D仿真技術(shù)，匯集采礦、安全、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)等信息技術(shù)手段，建立煤礦的生產(chǎn)操作虛擬環(huán)境，以三維動畫形式將常見的不安全行為操作及其造成后果形象、直觀地表現(xiàn)出來，從而達到強化井下工人的安全意識，促進安全生產(chǎn)的目的。
[0005]技術(shù)方案，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:采用工作任務(wù)分解法與事故樹等安全分析法，辨識操作人員的不安全行為，并利用風(fēng)險矩陣法提煉出高風(fēng)險的不安全行為，根據(jù)現(xiàn)有的安全規(guī)章制定不安全行為對應(yīng)的操作規(guī)范，設(shè)計模擬歷史事故發(fā)生的過程與場景，建立仿真場景中可能用到3D模型，將之前所做的動畫片段、聲音等素材，按照方案設(shè)計順序，通過After Effects(AE)后期合成軟件的編輯，加入不同的場景特效以及文字說明，最終生成動畫影視文件；該方法實現(xiàn)的步驟如下:
[0006](I)人員不安全行為的辨識。在人員不安全行為的辨識中，安排有豐富工作經(jīng)驗的人員根據(jù)工作經(jīng)驗，采用任務(wù)分解法，輔以事故樹等系統(tǒng)安全分析法，考慮正常狀態(tài)、異常狀態(tài)、緊急狀態(tài)三種狀態(tài)和過去、現(xiàn)在、將來三種時態(tài)可能發(fā)生的人的不安全行為因素，辨識對煤礦各單元或各系統(tǒng)的工作活動和任務(wù)中人方面的危害因素，并分析各不安全因素可能造成的后果和事故類型。
[0007](2)提煉高風(fēng)險不安全行為，并確定風(fēng)險等級，具體步驟如下:
[0008]I)確定事故在一定時間內(nèi)發(fā)生的可能性，即概率的大小，需要根據(jù)以往事故統(tǒng)計或經(jīng)驗來模糊判斷；
[0009]2)估計一旦事故發(fā)生，可能造成損失的嚴重程度。對“可能造成的損失”的確定需要建立的假設(shè)的基礎(chǔ)之上，即假設(shè)在事故實際發(fā)生的情況下，估計會造成什么樣的損失。事故發(fā)生后可能造成的后果是多個，按照風(fēng)險管理的要求，取各種后果中最為嚴重的一個來確定“可能造成的損失”;
[0010]3)根據(jù)事故發(fā)生的可能性及損失的嚴重程度估計總期望損失的大小，計算公式為:風(fēng)險值=可能性X損失；再根據(jù)風(fēng)險值確定風(fēng)險等級，主要參考風(fēng)險矩陣及風(fēng)險等級劃分表；
[0011]4)根據(jù)風(fēng)險等級和風(fēng)險類型，選擇各事故類型中風(fēng)險等級較高的人員不安全行為。
[0012](3)制定對應(yīng)的操作規(guī)范。根據(jù)現(xiàn)有的操作規(guī)程、崗位規(guī)范等制度文件，制定針對不安全行為對應(yīng)的操作規(guī)范，實現(xiàn)正反兩方面的對照分析，基于典型事故分析與正反對照的煤礦高風(fēng)險不安全行為制定人員不安全行為的操作規(guī)范；
[0013](4)對三維動畫進行規(guī)劃與設(shè)計，對仿真系統(tǒng)中需要的及可能出現(xiàn)的各個要素、各個場景進行仿真。
[0014]I)為了創(chuàng)建真實感的井下虛擬環(huán)境，分析煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)中所具有的各種物體和設(shè)備設(shè)施，包括靜態(tài)物體和動態(tài)物體。
[0015]2)對井下巷道進行建模。具體步驟如下:
[0016]①確定一條軌跡線和和一條輪廓線；
[0017]②沿軌跡線移動輪廓線，形成幾何模型造型；
[0018]③采用frenet標架、二次可導(dǎo)的軌跡線以及網(wǎng)格(mesh)表達方式，將造型體視作整張連續(xù)的曲而對其作統(tǒng)一處理。
[0019]3)對井下設(shè)備進行建模。設(shè)計內(nèi)容主要包括角色的外形設(shè)計與動作設(shè)計、機器造型等；設(shè)計要求包括標準造型、結(jié)構(gòu)圖、比例圖等，將不安全行為在一定的場景下通過角色的典型動作設(shè)計附以文字說明來實現(xiàn)；設(shè)計中將采用三維建模、模型渲染、交互動作設(shè)計和系統(tǒng)整合等技術(shù)方案，對井下各種設(shè)備、巷道、采煤工作面及虛擬礦工進行三維建模，能夠真實的模擬井下的情況和工作環(huán)境。
[0020]4)對煤礦生產(chǎn)工藝進行仿真。參照《煤礦安全規(guī)程》、《作業(yè)規(guī)程》、《操作規(guī)程》三大規(guī)程的內(nèi)容并結(jié)合前期對煤礦不安全行為辨識和評估的內(nèi)容和結(jié)果擬定仿真方案，方案文字表述要視覺化，即把方案所描述的內(nèi)容用畫面來表現(xiàn)。
[0021](5)根據(jù)前期設(shè)計，在計算機中通過3d max軟件制作出動畫片段，通過建模、材質(zhì)、燈光、動畫、攝影機控制、渲染等技術(shù)流程，進行基本模型的構(gòu)建和環(huán)境仿真，其步驟包括:
[0022]I)靜態(tài)環(huán)境仿真。首先是工作面和巷道的制作，根據(jù)巷道的尺寸參數(shù)和液壓支架、采煤機等設(shè)備外觀尺寸來構(gòu)造巷道和工作面。然后把這些設(shè)備及裝置按照尺寸布置到工作面及巷道中，將液壓電纜、導(dǎo)線等連接上，再加一些護網(wǎng)、吊掛等附屬裝備。[0023]2)動態(tài)環(huán)境仿真。為了使虛擬的井下工作環(huán)境更真實，使鏡頭的表現(xiàn)更具有視覺沖擊效果，除了靜態(tài)環(huán)境的仿真外，還必須進行動態(tài)仿真。例如瓦斯爆炸、透水、觸電等事故，該警示仿真用Bullfrog環(huán)境特效編輯器進行編輯。
[0024](6)運用計算機虛擬仿真技術(shù)建立一個完整的煤礦不安全行為警示仿真系統(tǒng)，從入井巷道到各個生產(chǎn)工作面均由計算機系統(tǒng)虛擬仿真出來，比如人在巷道里行走時可以身臨其境地看到巷道里的支護形式、電纜、水溝、機電設(shè)備及各種管道等設(shè)施，同時系統(tǒng)采用多媒體技術(shù)對相關(guān)的場景設(shè)備和安全操作規(guī)范等給予文字、語音、視頻、動畫等加以提示和說明。系統(tǒng)可模擬煤礦一些不安全操作造成的后果，并直觀的顯示到下井人員面前。將虛擬仿真動畫進行后期合成，通過AE后期合成軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的交互性。AE合成軟件可以將3D模型、2D圖形或是聲音文件格式整合到一起，生成動畫影視文件，形成一個完整的煤礦虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。
[0025]為了使虛擬的井下工作環(huán)境更真實，使鏡頭的表現(xiàn)更具有視覺沖擊效果，除了上面提到的靜態(tài)環(huán)境的仿真外，必須進行動態(tài)仿真。例如瓦斯爆炸、透水、觸電等事故，本仿真系統(tǒng)用Bullfrog環(huán)境特效編輯器進行編輯。
[0026]照明技術(shù)是三維虛擬仿真技術(shù)的重中之重，本仿真系統(tǒng)采用全局光照明技術(shù)，提高光斑特效的表現(xiàn)范圍，如光斑、電弧等。采用體積光技術(shù)，表現(xiàn)諸如井下工人頭燈、機械裝置的照明設(shè)備對環(huán)境的影響。運用了光能傳遞和光線追蹤技術(shù)。
[0027]有益效果:以新的培訓(xùn)手段和模式強化煤礦職工安全意識，通過虛擬仿真和三維動畫的方式來模擬煤礦不安全行為帶來的事故后果，運用三維仿真技術(shù)建立完整的煤礦安全虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)，采用三維仿真技術(shù)模擬井下真實的采礦環(huán)境，逼真的顯示各類不安全行為導(dǎo)致的事故的現(xiàn)場，使礦工能夠在心靈深處受到震撼，達到客服“思想隱患”、減少三違的目的，從而降低煤礦事故，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1煤礦不安全行為警示仿真場景組成。
[0029]圖2煤礦不安全行為警示仿真技術(shù)實現(xiàn)方法流程。
[0030]圖3基于典型事故分析與正反對照的煤礦高風(fēng)險不安全行為操作規(guī)范制作流程圖。
【具體實施方式】
[0031]利用三維虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)煤礦不安全行為的警示，以新的技術(shù)手段和模式強化礦工的安全意識?；诿旱V三大規(guī)程，利用工作任務(wù)分解等方法對煤礦常見的不安全行為進行辨識和后果評估，并基于辨識和評估的不安全行為分別進行對應(yīng)的建模、仿真和動畫合成等多環(huán)節(jié)的研發(fā)制作，研發(fā)出包含采掘機運通各個環(huán)節(jié)主要不安全行為的煤礦安全虛擬警示系統(tǒng)，將煤礦常發(fā)生的不安全行為操作及其造成后果，在建立的虛擬場景中，以三維動畫形式形象、直觀地表現(xiàn)出來，達到強化安全意識，提高培訓(xùn)質(zhì)量，減少煤礦安全事故的目的。
[0032]針對我國煤礦培訓(xùn)的現(xiàn)行情況，利用三維虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)煤礦不安全行為的警示，以新的技術(shù)手段和模式強化礦工的安全意識，減少不安全行為的發(fā)生?；诿旱V安全規(guī)程、作業(yè)規(guī)程和操作規(guī)程，利用工作任務(wù)分解等方法，按照專業(yè)、工種和危險源等造成的事故類型，對煤礦常見的不安全行為進行辨識和后果評估，基于上述行為的正確做法和錯誤做法兩個方面，結(jié)合煤礦歷史上發(fā)生的典型事故案例，分別進行對應(yīng)的實物拍攝、場景設(shè)計、建模(環(huán)境、設(shè)備、人)、材質(zhì)貼圖、燈光設(shè)計、動態(tài)仿真及后期合成等多環(huán)節(jié)的研發(fā)制作，研發(fā)出包含采掘機運通各個環(huán)節(jié)主要不安全行為的煤礦安全虛擬警示系統(tǒng)，將煤礦常發(fā)生的不安全行為操作及其造成后果，在建立的虛擬場景中，以三維動畫形式形象、直觀地表現(xiàn)出來，達到強化安全意識，提高培訓(xùn)質(zhì)量，減少煤礦安全事故的目的。
[0033]該方法通過最新的工作任務(wù)分解法，輔以事故樹等系統(tǒng)安全分析法，參照《煤礦安全規(guī)程》、《作業(yè)規(guī)程》、《操作規(guī)程》分別考慮到不安全行為的三個時態(tài)與狀態(tài)，辨識了人員的不安全行為；利用風(fēng)險矩陣法，提煉出不安全行為中具有高風(fēng)險的部分行為；結(jié)合前期對煤礦不安全行為辨識和評估的內(nèi)容和結(jié)果擬定仿真方案，進行3D建模與動畫開發(fā)，制作流程包括井下巷道建模、設(shè)備建模、三違人物建模、生產(chǎn)工藝仿真；將虛擬仿真動畫進行后期合成，形成一個完整的煤礦虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)以虛擬現(xiàn)實形式形象、直觀地將不安全行為表現(xiàn)出來，以新的技術(shù)手段和模式強化礦工的安全意識，克服不良習(xí)慣，促進安全生產(chǎn)，該方法實現(xiàn)的步驟如下:
[0034](I)人員不安全行為的辨識。在人員不安全行為的辨識中，安排有豐富工作經(jīng)驗的人員根據(jù)工作經(jīng)驗，采用任務(wù)分解法，輔以事故樹等系統(tǒng)安全分析法，考慮正常狀態(tài)、異常狀態(tài)、緊急狀態(tài)三種狀態(tài)和過去、現(xiàn)在、將來三種時態(tài)可能發(fā)生的人的不安全行為因素，辨識對煤礦各單元或各系統(tǒng)的工作活動和任務(wù)中人方面的危害因素，并分析各不安全因素可能造成的后果和事故類型。
[0035](2)提煉高風(fēng)險不安全行為，并確定風(fēng)險等級，具體步驟如下:
[0036]I)確定事故在一定時間內(nèi)發(fā)生的可能性，即概率的大小，需要根據(jù)以往事故統(tǒng)計或經(jīng)驗來模糊判斷；
[0037]2)估計一旦事故發(fā)生，可能造成損失的嚴重程度。對“可能造成的損失”的確定需要建立的假設(shè)的基礎(chǔ)之上，即假設(shè)在事故實際發(fā)生的情況下，估計會造成什么樣的損失。事故發(fā)生后可能造成的后果是多個，按照風(fēng)險管理的要求，取各種后果中最為嚴重的一個來確定“可能造成的損失”;
[0038]3)根據(jù)事故發(fā)生的可能性及損失的嚴重程度估計總期望損失的大小，計算公式為:風(fēng)險值=可能性X損失；再根據(jù)風(fēng)險值確定風(fēng)險等級，主要參考風(fēng)險矩陣及風(fēng)險等級劃分表；
[0039]4)根據(jù)風(fēng)險等級和風(fēng)險類型，選擇各事故類型中風(fēng)險等級較高的人員不安全行為。
[0040](3)制定對應(yīng)的操作規(guī)范。根據(jù)現(xiàn)有的操作規(guī)程、崗位規(guī)范等制度文件，制定針對不安全行為對應(yīng)的操作規(guī)范，實現(xiàn)正反兩方面的對照分析，基于典型事故分析與正反對照的煤礦高風(fēng)險不安全行為制定人員不安全行為的操作規(guī)范；
[0041](4)對三維動畫進行規(guī)劃與設(shè)計，對仿真系統(tǒng)中需要的及可能出現(xiàn)的各個要素、各個場景進行仿真。
[0042]I)為了創(chuàng)建真實感的井下虛擬環(huán)境，分析煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)中所具有的各種物體和設(shè)備設(shè)施，包括靜態(tài)物體和動態(tài)物體。[0043]2)對井下巷道進行建模。具體步驟如下:
[0044]①確定一條軌跡線和和一條輪廓線；
[0045]②沿軌跡線移動輪廓線，形成幾何模型造型；
[0046]③采用frenet標架、二次可導(dǎo)的軌跡線以及網(wǎng)格(mesh)表達方式，將造型體視作整張連續(xù)的曲而對其作統(tǒng)一處理。
[0047]3)對井下設(shè)備進行建模。設(shè)計內(nèi)容主要包括角色的外形設(shè)計與動作設(shè)計、機器造型等；設(shè)計要求包括標準造型、結(jié)構(gòu)圖、比例圖等，將不安全行為在一定的場景下通過角色的典型動作設(shè)計附以文字說明來實現(xiàn)；設(shè)計中將采用三維建模、模型渲染、交互動作設(shè)計和系統(tǒng)整合等技術(shù)方案，對井下各種設(shè)備、巷道、采煤工作面及虛擬礦工進行三維建模，能夠真實的模擬井下的情況和工作環(huán)境。
[0048]4)對煤礦生產(chǎn)工藝進行仿真。參照《煤礦安全規(guī)程》、《作業(yè)規(guī)程》、《操作規(guī)程》三大規(guī)程的內(nèi)容并結(jié)合前期對煤礦不安全行為辨識和評估的內(nèi)容和結(jié)果擬定仿真方案，方案文字表述要視覺化，即把方案所描述的內(nèi)容用畫面來表現(xiàn)。
[0049](5)根據(jù)前期設(shè)計，在計算機中通過3d max軟件制作出動畫片段，通過建模、材質(zhì)、燈光、動畫、攝影機控制、渲染等技術(shù)流程，進行基本模型的構(gòu)建和環(huán)境仿真，其步驟包括:
[0050]I)靜態(tài)環(huán)境仿真。首先是工作面和巷道的制作，根據(jù)巷道的尺寸參數(shù)和液壓支架、采煤機等設(shè)備外觀尺寸來構(gòu)造巷道和工作面。然后把這些設(shè)備及裝置按照尺寸布置到工作面及巷道中，將液壓電纜、導(dǎo)線等連接上，再加一些護網(wǎng)、吊掛等附屬裝備。
[0051]2)動態(tài)環(huán)境仿真。為了使虛擬的井下工作環(huán)境更真實，使鏡頭的表現(xiàn)更具有視覺沖擊效果，除了靜態(tài)環(huán)境的仿真外，還必須進行動態(tài)仿真。例如瓦斯爆炸、透水、觸電等事故，該警示仿真用Bullfrog環(huán)境特效編輯器進行編輯。
[0052](6)運用計算機虛擬仿真技術(shù)建立一個完整的煤礦不安全行為警示仿真系統(tǒng)，從入井巷道到各個生產(chǎn)工作面均由計算機系統(tǒng)虛擬仿真出來，比如人在巷道里行走時可以身臨其境地看到巷道里的支護形式、電纜、水溝、機電設(shè)備及各種管道等設(shè)施，同時系統(tǒng)采用多媒體技術(shù)對相關(guān)的場景設(shè)備和安全操作規(guī)范等給予文字、語音、視頻、動畫等加以提示和說明。系統(tǒng)可模擬煤礦一些不安全操作造成的后果，并直觀的顯示到下井人員面前。將虛擬仿真動畫進行后期合成，通過AE后期合成軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的交互性。AE合成軟件可以將3D模型、2D圖形或是聲音文件格式整合到一起，生成動畫影視文件，形成一個完整的煤礦虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦不安全行為警示仿真的方法，其特征是:利用任務(wù)分解的方法，按照專業(yè)、工種和危險源可能造成的事故類型，辨識并提煉人的不安全行為，為可能出現(xiàn)的不同的場景建立仿真模型，利用三維虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)煤礦不安全行為的警示，該方法具體如下: (1)人員不安全行為的辨識，在人員不安全行為的辨識中，安排有豐富工作經(jīng)驗的人員根據(jù)工作經(jīng)驗，采用任務(wù)分解法，輔以事故樹等系統(tǒng)安全分析法，考慮正常狀態(tài)、異常狀態(tài)、緊急狀態(tài)三種狀態(tài)和過去、現(xiàn)在、將來三種時態(tài)可能發(fā)生的人的不安全行為因素，辨識對煤礦各單元或各系統(tǒng)的工作活動和任務(wù)中人方面的危害因素，并分析各不安全因素可能造成的后果和事故類型； (2)提煉高風(fēng)險不安全行為，并確定風(fēng)險等級，具體步驟如下: 1)確定不安全行為可能引發(fā)的事故在一定時間內(nèi)發(fā)生的可能性，即概率的大小，需要根據(jù)以往事故統(tǒng)計或經(jīng)驗來模糊判斷； 2)估計一旦事故發(fā)生，可能造成損失的嚴重程度，對“可能造成的損失”的確定需要建立的假設(shè)的基礎(chǔ)之上，即假設(shè)在事故實際發(fā)生的情況下，估計會造成什么樣的損失。事故發(fā)生后可能造成的后果是多個，按照風(fēng)險管理的要求，取各種后果中最為嚴重的一個來確定“可能造成的損失”； 3)根據(jù)事故發(fā)生的可能性及損失的嚴重程度估計總期望損失的大小，計算公式為:風(fēng)險值=可能性X損失；再根據(jù)風(fēng)險值確定風(fēng)險等級，主要參考風(fēng)險矩陣及風(fēng)險等級劃分表; 4)根據(jù)風(fēng)險等級和風(fēng)險類型，選擇各事故類型中風(fēng)險等級較高的人員不安全行為； (3)根據(jù)現(xiàn)有的操作規(guī)程、崗位規(guī)范等制度文件，制定針對不安全行為對應(yīng)的操作規(guī)范，實現(xiàn)正反兩方面的對照分析，基于典型事故分析與正反對照的煤礦高風(fēng)險不安全行為制定人員不安全行為的操作規(guī)范。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦不安全行為警示仿真的方法，其特征在于:對三維動畫進行規(guī)劃與設(shè)計，將仿真系統(tǒng)中需要的及可能出現(xiàn)的各個要素、各個場景設(shè)計出來，具體如下: (1)為了創(chuàng)建真實感的井下虛擬環(huán)境，分析煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)中所具有的各種物體和設(shè)備設(shè)施，包括靜態(tài)物體和動態(tài)物體； (2)對井下巷道進行建模，具體步驟如下: 1)確定一條軌跡線和和一條輪廓線； 2)沿軌跡線移動輪廓線，形成幾何模型造型； 3)采用frenet標架、二次可導(dǎo)的軌跡線以及網(wǎng)格(mesh)表達方式，將造型體視作整張連續(xù)的曲而對其作統(tǒng)一處理； (3)對井下設(shè)備進行建模，設(shè)計內(nèi)容主要包括角色的外形設(shè)計與動作設(shè)計、機器造型等；設(shè)計要求包括標準造型、結(jié)構(gòu)圖、比例圖等，將不安全行為在一定的場景下通過角色的典型動作設(shè)計附以文字說明來實現(xiàn)；設(shè)計中采用三維建模、模型渲染、交互動作設(shè)計和系統(tǒng)整合等技術(shù)方案，對井下各種設(shè)備、巷道、采煤工作`面及虛擬礦工進行三維建模，能夠真實的模擬井下的情況和工作環(huán)境； (4)對煤礦生產(chǎn)工藝進行仿真，參照《煤礦安全規(guī)程》、《作業(yè)規(guī)程》、《操作規(guī)程》三大規(guī)程的內(nèi)容并結(jié)合前期對煤礦不安全行為辨識和評估的內(nèi)容和結(jié)果擬定仿真方案，方案文字表述要視覺化，即方案所描述的內(nèi)容可以用畫面來表現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦不安全行為警示仿真的方法，其特征在于:以井下虛擬環(huán)境及設(shè)備的設(shè)計圖紙為基礎(chǔ)，通過3D MAX構(gòu)建基本模型，其步驟如下: (1)虛擬人建模，通過對人體運動結(jié)構(gòu)的分析，基于人體骨架模型，進行非均勻有理B樣條曲面的外形建模，結(jié)合構(gòu)造實體幾何法(CSG)創(chuàng)建整個人體幾何模型。外形建模由多個曲面和三角形組成，在外形的關(guān)節(jié)處進行曲面的細分，便于表現(xiàn)人體運動產(chǎn)生的皮膚拉伸和擠壓的效果。人體骨骼采用正向運動和反向運動學(xué)進行人體運動模擬，最后采用蒙皮技術(shù)把人體骨骼和外形服裝鏈接起來； (2)設(shè)備建模，用多邊形建模對井下設(shè)備建模，對于外形簡單、規(guī)則的設(shè)備，先從設(shè)備的多個角度拍攝照片，用圖像處理軟件制作出材質(zhì)貼圖，貼在簡易的模型的外表面。對于復(fù)雜的模型，先做機械裝置的精模，然后在精模的基礎(chǔ)上在派生出一個簡模，在構(gòu)建大場景中遠景采用簡模，近景則使用精模，以此來解決大場面制作的數(shù)據(jù)瓶頸問題； (3)巷道建模，巷道建模應(yīng)根據(jù)礦井地圖、采掘工程圖、巷道照片數(shù)字化建模，以便表現(xiàn)礦井巷道的整個概貌，要建立一個真實感的巷道模型，首先應(yīng)根據(jù)仿真系統(tǒng)的需求，確定該模型的位置和范圍，采集該區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)比例及多種類型數(shù)據(jù)，用戶可以對具有真實感的巷道模型進行不同方位和角度的實時動態(tài)觀察。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦不安全行為警示仿真的方法，其特征在于:在模型的基礎(chǔ)上進行靜態(tài)和動態(tài)環(huán)境仿真，其步驟如下: (1)靜態(tài)環(huán)境仿真，首先是工作面和巷道的制作，根據(jù)巷道的尺寸參數(shù)和液壓支架、采煤機等設(shè)備外觀尺寸來構(gòu)造巷道和工作面。然后把這些設(shè)備及裝置按照尺寸布置到工作面及巷道中，將液壓電纜、導(dǎo)線等連接上，再加一些護網(wǎng)、吊掛等附屬裝備； (2)動態(tài)環(huán)境仿真，為了使虛擬的井下工作環(huán)境更真實，使鏡頭的表現(xiàn)更具有視覺沖擊效果，除了靜態(tài)環(huán)境的仿真外，還必須進行動態(tài)仿真。例如瓦斯爆炸、透水、觸電等事故，該警示仿真用Bullfrog環(huán)境特效編輯器進行編輯。
【文檔編號】G06F17/50GK103886132SQ201410064655
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】徐珊珊 申請人:江蘇比特達信息技術(shù)有限公司, 徐珊珊