基于Blender引擎的矿山虚拟现实自动建模与运输仿真研究

论文摘要

随着VR技术的不断发展和成熟,越来越多的与虚拟现实技术相关联的新的理论将会出现,VR技术在矿山中的应用也将越来越广泛。在目前矿山信息化程度不高的情况下,应用一种开源但功能强大的软件平台进行虚拟现实技术在矿山中的应用开发,实现矿山的数字化、信息化和三维可视化,无疑是具有很大的实用性、合理性和前瞻性。笔者应用开源软件Blender作为开发引擎,应用Python语言进行深度交互式开发快速建立起一套矿山虚拟现实仿真系统。该系统以矿山虚拟现实和仿真应用为研究对象,分析了虚拟现实技术及面向虚拟现实的建模技术,并结合矿山的三维虚拟数字化系统的特征和要求,综合运用计算机图形、三维建模和系统仿真、系统集成等先进技术和手段,应用Python语言建立分形几何、贝塞尔曲线的数学模型并创建为脚本,利用Blender引擎运行脚本成功实现了虚拟矿山环境的快速自动构建。同时,根据矿山运输工艺流程和需求,通过应用Python语言的SimPy模块建立了矿山运输仿真模型,并通过Blender引擎实现了对矿山运输系统的可视化仿真。并应用Web3D技术实现了基于Internet的矿山虚拟场景的展示与发布以及多用户交互漫游。实践证明,基于GDAS中间件技术和Blender开源软件,应用Python语言进行开发实现矿山虚拟现实和仿真系统的方案拥有开发速度快、系统软硬件要求不高、兼容性可扩展性强等特点、人员需求少、费用低廉,为高校、科研团队提供了一种新的开发虚拟现实仿真系统的方式。对于亟需进行提高自身竞争力的工科学科,我们可以借此契机进行深入研究,有理由相信,只要投入一定的精力就会有成效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 虚拟现实与仿真技术
• 1.2.1 虚拟现实技术与仿真技术
• 1.2.2 虚拟仿真技术的发展
• 1.2.3 虚拟仿真技术在矿山中应用
• 1.3 开发方案比较与选择
• 1.4 研究方法与技术路线
• 第二章 系统总体设计及开发环境
• 2.1 矿山虚拟现实系统开发分析
• 2.2 矿山虚拟现实系统目标
• 2.3 矿山虚拟仿真系统总体架构
• 2.4 系统环境与开发工具
• 2.4.1 Blender 开源三维工具
• 2.4.2 Python 编程语言
• 2.4.3 GDAS 中间件
• 第三章 矿山虚拟环境的建立
• 3.1 VR 建模技术特点
• 3.2 矿山虚拟环境几何建模
• 3.3 矿山虚拟环境运动建模
• 3.4 矿山虚拟环境物理及行为建模
• 3.5 后期处理
• 3.5.1 漫游实时场景的渲染
• 3.5.2 模型的纹理贴图
• 第四章 矿山模型快速自动构建
• 4.1 矿山井巷模型的生成
• 4.1.1 三维巷道的生成算法
• 4.1.2 巷道转折处的处理
• 4.1.3 矿山井巷模型的生成
• 4.2 地下矿体生成研究
• 4.2.1 地下矿体生成研究
• 4.2.2 贝塞尔曲线构建矿体边界
• 4.2.3 地下矿体模型的生成
• 4.3 地表地形生成研究
• 4.3.1 分形理论建立矿区地表模型
• 4.3.2 地表地形建模研究
• 4.3.3 地表地形模型的生成
• 4.4 矿山虚拟环境的集成与组织
• 第五章 基础信息存储平台的搭建
• 5.1 矿山基础信息存储系统的应用
• 5.2 矿山基础信息存储系统的组建
• 5.3 系统数据库设计
• 5.3.1 基础数据访问
• 5.3.2 基础数据组织
• 5.3.3 基础数据结构
• 5.4 系统数据的录入
• 第六章 矿山虚拟现实环境与漫游
• 6.1 矿山虚拟环境建立
• 6.2 矿山虚拟现实漫游的实现
• 6.2.1 矿山漫游系统控制
• 6.2.2 矿山虚拟漫游的实现
• 6.3 虚拟现实交互界面
• 第七章 矿山可视化仿真的实现
• 7.1 系统仿真的建立
• 7.1.1 仿真系统组成
• 7.1.2 系统仿真步骤
• 7.1.3 系统仿真建模
• 7.2 矿山生产仿真系统运行
• 7.3 矿山生产可视化仿真展示
• 第八章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文