煤矿井下三维几何建模及情景漫游技术研究.pdf
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2022-11-16
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煤矿井下三维几何建模及情景漫游技术研究
【摘要】本文对煤矿三维建模方法进行了研究，采用 OpenGL 对煤矿井下情
景进行三维建模，在此基础上，提出了煤矿井下三维漫游的设计思想，利用虚拟
现实软件 Vega 通过 VC++调用函数库开发并实现了煤矿井下情景的漫游功能。
【关键词】虚拟现实；三维建模；OpenGL；三维漫游
1.引言
近年来，随着计算机技术的迅速发展，拓宽和深化了计算机在数据采集和信
息处理 方面 的应 用， 尤其是 人与 信息 科学 相结合 的高 新技 术 —— 可 视化
（Visualization）与虚拟现实（virtual Reality，简称 VR）给计算机的应用带来了
新的活力。在计算机技术创造的三维虚拟环境中，用户可直接参与并探索仿真对
象在所处环境中的作用与变化，可视化及虚拟现实技术的进一步发展必将成为现
代科学技术研究的重要手段并将对信息的处理及提高信息的利用率产生深远的
影响。在矿业领域中由于新技术和新设备的不断引入，增强了矿业对于安全高效、
自动化的要求，虚拟现实技术为满足这一需求提供了有效手段。因此虚拟现实的
研究开发无疑对提高煤矿安全生产、矿工安全保护意识和系统优化设计等具有重
要的实用价值。
2.虚拟现实技术
2.1 虚拟现实的概念
虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境，它通过多种传感设备使用户 “沉
浸”到该环境中，是实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。实际上它就是
一种先进的人机接口，通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然
的实时感知交互手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整
个系统的工作效率。虚拟现实技术可以完全彻底地转化人们的想象力，在计算机
中产生另一种境界，将境界的有关信息传给人的感觉器官，使人们获得一种全新
的感受，让人觉得其的确是在另外一个三维世界中。虚拟现实技术是一项综合集
成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用
计算机生成逼真的三维视觉、听觉、味觉等感触，使人作为参与者通过适当的虚
拟现实设置，自然的对虚拟世界进行体验和交互作用。
2.2 虚拟现实技术的特征
1）多感知性
除了一般计算机所具有的视觉感知外，虚拟现实系统还具有听觉感知、力觉
感知、触觉感知、味觉感知和嗅觉感知等。理想的虚拟现实系统应具有人的一切
感知功能，目前由于传感器技术的限制，现有的虚拟现实技术所能提供的感知功
能仅限于视觉、听觉、力觉和触觉等。
2）用户投入性
这是 VR 系统的核心，是指用户进入到计算机生成的虚拟场景中的能力，用
户在虚拟场景中有身临其境之感。
3）用户与虚拟场景的交互性
指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键因素。
交互性包括对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中
对象依据物理学定律运动的程度等。VR 是自主参考系，即以用户的视点变化进
行虚拟交换，这个过程中最重要的因素是实时性，实时性是指计算机能够响应用
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