浅谈虚拟现实技术如何应用在煤矿安全培训中

张媛

[摘要]我国煤炭资源储蓄比较丰富如何安全、高效开采煤炭资源就显得尤为重要。在开采过程中如何避免瓦斯爆炸、水害等众多不良安全事故产生，提高国家煤炭资源的安全性，保护煤炭资源开采工作人员的生命安全是煤矿开采企业的工作重点。近年来煤矿开采企业高度重视煤矿安全培训工作，大大加强了虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用，虚拟现实技术可以对实际场景进行模拟，对提升煤矿安全培训成效有着积极作用。

关键词：虚拟现实技术;煤矿;安全培训

我国煤炭资源储蓄比较丰富，煤炭资源也是我国经济社会发展所需要的重要能源，社会经济发展速度不断加快，对煤炭资源的需求程度也在不断增长，煤炭开采安全也变得尤为重要。因此开展煤矿开采安全培训工作是非常重要的。传统的培训模式主要是运用文字、图片讲解各种安全防范事项，这种模式已经不能满足现代煤矿安全培训工作的需要。随着计算机科学技术的发展，虚拟现实技术引入煤矿安全培训这一模式，对提升煤矿安全培训成效有着积极作用。

一、虚拟现实技术应用于煤矿安全培训的好处

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术应用是教育技术发展的一个飞跃。虚拟学习环境、虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境。亲身去经历的“自主学习”环境比传统的说教学习方式更具说服力。利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如物理、化学、生物实验室等等，利用虚拟现实能够极有效地降低实验室成本投入，并让学生获得与真实实验一样的体会，得到同样的教学效果。

将煤矿安全培训与虚拟现实技术的结合，可以实现传统学习环境不具备或难以完成的培训功能。对于涉及煤矿作业高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作以及高成本、高消耗、大型综合训练等情况时，提供可靠、安全、经济的实验培训项目。

虚拟现实技术在煤矿安全培训中，可以给学员建立一种比较真实的感受，加强了实践与理论之间的联系。学员在培训中沉浸在接近真实的场景中，可以有效的激发学员的学习兴趣，消除了传统安全培训模式给学员带来的枯燥无味感觉。煤矿安全培训工作必须要随时代发展进行转变，将虚拟现实技术良好的融入到煤矿安全培训工作中去，从而强化煤矿安全培训工作成效，使得煤矿安全培训领域可以向更高的领域发展。

二、虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用

虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用，利用虚拟现实技术辅助煤矿安全培训教学活动开展，生成交互性较为良好的多感知虚拟情境，使得煤矿安全培训学员在培训中可以发生情境转变，将学员煤矿安全防范知识理论和技能学习的积极性和主动性充分调动起来，加强理论教学和实践操作之间的联系，保证煤矿安全培训工作开展可以取得良好成效。想要将虚拟现实技术在煤矿安全培训中的优势充分发挥出来，必须要进行良好软件硬件培训环境的建设。

（一）硬件

硬件平台是虚拟现实技术在煤矿安全培训中应用的基础所在，硬件平台建设包含的内容较多，其中包括了主要现实系统、中央控制系统、音响设备已经交互系统的构建等等。显示系统建设中应用现阶段比较先进的投影技术，应用DLP投影机，结合三片DLP显示技术。这种投影技术不仅亮度和分辨率较为良好，同时具备了多项针对虚拟仿真系统优化的Christie Mirage WU7K-M投影机。显示系统工作时间不会受到限制，而且系统运行稳定性较为良好，还存在着扩展的可能。系统维护、管理比较便捷，可以应用很长时间。智能中央控制系统是虚拟现实技术应用系统构建的核心所在，为了对众多设备运行进行全面、有效控制，通过控制程序的编写，使得众多设备的开启和关闭以及显示模式的切换都可以通过中央控制中心进行控制。

（二）软件

硬件建设与软件定制、开发属于虚拟现实技术应用的两个重要环节，系统建设完成后可在建设的虚拟三维场景中自有的行动，实现人与人、人与环境之间的有效互动。首先需要讲述的就是虚拟场景的构建，煤矿企业开发的煤矿安全培训系统，虚拟现实技术应用系统中建设的场景主要是以井下巷道和工作界面为主的，可以将煤矿井下安全系统建设真实的呈现出来，其中包括资源运输、水文地质情况以及掘进基础设施建设等等。场景建设完成后可以与多个煤矿安全培训模块进行对接，使得学员产生情境转变，使得煤矿安全培训更加具有真实性和立体性。其次就是进行虚拟培训模块的开发，这一模块也是煤矿安全培训教学中的关键所在，实际开发过程中一定要结合当前煤矿安全培训工作开展的实际需求，让学员在培训过程中可以自主的进行不同功能的选择。学员通过系统可以真实的体验到井下工作环境，使得学生从传统枯燥的理论教学中走出，充分了解煤矿生产的整个安全监控系统。在培训过程中还可以进行岗位职能介绍、风险识别等众多操作，在对煤矿生产情境进行真实呈现的同时，加强学生对岗位技能以及众多安全防范技术的掌握程度。

（三）虚拟仿真培训的技术基础

虚拟现实的关键技术主要包括：

1、动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。目前可以使用CAD图纸、3ds Max系统进行建模。

2、实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，那么关键就是“实时”生成。为保证实时，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。目前常用的实时虚拟仿真开发系统，都能在保证图形质量的情况下获得远高于30帧的刷新率。

3、应用系统开发工具

目前，虚拟仿真系统开发中已在大量使用的软硬件系统包括：高分辨率的显示大尺寸显示器、高速高质量的显卡、模拟量和开关量传感器、高速的模数转换器、unity3D/UE4开发系统、3ds Max等建模系统等。

4、系统集成技术

由于虚拟仿真系统中包括大量的感知信息和模型，因此系統集成技术起着至关重要的作用，集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。

三、结语

虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用，可以有效的提升煤矿安全培训成效，促进煤矿安全培训改革。相关人员需要加强自身对虚拟现实技术的认知，使得该技术可以更为良好的与煤矿安全培训工作开展进行融合，促进煤矿安全培训领域发展。

[参考文献]

[1]姜元峰.浅谈多媒体教学如何应用在煤矿安全培训中].中国科教创新导刊，2012（26）.

[2]冯珊珊.关于虚拟仿真实训平台建设的探索研究[J].无线互联技，2016，（10）：108-110.