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1 绪论1

1.1 矿山生产安全与虚拟现实技术1

1.2 国内外研究现状5

1.2.1 国外虚拟现实技术在矿山安全研究的应用现状5

1.2.2 国内虚拟现实技术在矿山安全研究的应用现状7

1.3 本书的主要内容8

2 虚拟现实技术11

2.1 虚拟现实技术概述12

2.2 虚拟现实的构成14

2.2.1 沉浸性17

2.2.2 交互性18

2.2.3 想象性19

2.2.4 实物虚化21

2.2.5 虚物实化23

2.2.6 高性能计算处理技术24

2.2.7 分布式虚拟现实25

2.3 虚拟现实技术的分类25

2.3.1 沉浸式VR系统26

2.3.2 桌面式VR系统27

2.3.3 增强式VR系统28

2.3.4 分布式VR系统29

2.3.5 虚拟现实技术的应用32

2.4 虚拟现实的关键技术32

2.4.1 实物虚化32

2.4.2 虚物实化34

2.4.3 高性能计算处理36

2.5 虚拟现实系统的构成和分类37

3 煤矿系统四种灾情的介绍40

3.1 冒顶事故40

3.1.1 冒顶事故发生的原因40

3.1.2 防止冒顶事故产生的措施41

3.2 透水事故41

3.2.1 透水事故原理41

3.2.2 透水事故发生时的注意事项及自救措施42

3.3 煤矿粉尘（矿尘）事故44

3.3.1 基本概念和理论概述44

3.3.2 矿尘分类44

3.3.3 矿尘的特性45

3.3.4 矿尘灾害的形式46

3.4 瓦斯爆炸事故47

4 虚拟矿井生产系统建模研究50

4.1 研究的理论基础50

4.1.1 发生学结构主义51

4.1.2 复杂适应系统（CAS）理论56

4.1.3 人工智能（AI）理论60

4.2 模型的内涵、研究目的与目标64

4.2.1 内涵64

4.2.2 研究目的64

4.2.3 研究目标65

4.3 建模的方法65

4.3.1 仿真原理与建模过程66

4.3.2 演化建模方法69

4.4 演化模型的体系设计73

4.4.1 模型的体系结构73

4.4.2 模型的组合层次75

4.4.3 模型间的信息控制关系76

5 基于虚拟现实的矿山安全培训系统总体设计78

5.1 系统定位78

5.2 系统设计原则79

5.3 系统使用平台80

5.3.1 软件平台80

5.3.2 硬件平台81

5.4 系统模块设计81

6 矿山安全培训系统模型的构建84

6.1 三维建模基础知识84

6.1.1 视景生成过程84

6.1.2 视景的决定条件85

6.1.3 三维建模的内容86

6.2 场景模型的构建89

6.2.1 场景建模方法89

6.2.2 场景管理92

6.2.3 巷道建模94

6.3 实体模型的构建100

6.3.1 实体建模软件100

6.3.2 模型构建实例101

6.4 模型真实感处理104

6.4.1 纹理映射104

6.4.2 细节等级技术104

6.4.3 光照和着色105

6.4.4 雾化效果106

6.5 虚拟人物的运动控制方法的实现108

6.5.1 虚拟人物特点与模型的建立109

6.5.2 虚拟人物运动控制实现的基本原理和方法112

6.5.3 虚拟人物仿真软件DIGUY的应用113

6.5.4 虚拟矿工动作库的建立过程117

7 矿山安全培训系统的实现和人机交互120

7.1 矿山安全培训系统的实现120

7.1.1 三维引擎的设计120

7.1.2 场景数据的载入121

7.1.3 实体模型的动态导入122

7.1.4 碰撞检测124

7.2 矿山安全培训系统的人机交互125

7.2.1 巷道实时漫游125

7.2.2 多通道的实现126

7.2.3 问答板的提出与实现126

7.3 矿井漫游功能分析与实现130

7.3.1 矿井漫游流程图130

7.3.2 矿井漫游用例图132

7.3.3 大巷漫游功能实现136

7.3.4 工作面漫游功能实现137

参考文献139