網(wǎng)絡工程專業(yè) 基于Unity3D的《切水果》設計與開發(fā)

《網(wǎng)絡工程專業(yè) 基于Unity3D的《切水果》設計與開發(fā)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《網(wǎng)絡工程專業(yè) 基于Unity3D的《切水果》設計與開發(fā)（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 基于unity 3D 的切水果虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設計與開發(fā) 摘 要：在模型構建理論的基礎上, 提出了利用三維 Max 和 UG 兩種不同的建模軟件建立模型的解決方案, 使不同的模型滿足不同的需求。采用三維最大值對外觀要求高、運動操作要求低的模型進行了建模, 采用 ug 對父子運動功能要求較高的模型進行了建模, 充分有效地滿足了用戶視覺的需要。交互式操作。基于運動仿真技術理論和 Unity 3D 開發(fā)平臺, 在實際工作中實現(xiàn)了水果切削的單機三機協(xié)同運動仿真, 為環(huán)保奠定了堅實的基礎。水果切割面的虛擬現(xiàn)實漫游體驗和虛擬操作?；谡麄€漫游路徑的設計和設置理論, 實現(xiàn)了關鍵機器和區(qū)域的引入和漫游

2、。 關鍵詞： Unity3D，虛擬現(xiàn)實，場景漫游 目 錄 第一章 緒 論 2 1.1 引言 2 1.2 研究背景、目的與意義 3 1.2.1 研究背景 3 1.2.2 研究目的 4 1.2.3 研究意義 4 1.3 國內(nèi)外研究動態(tài) 5 1.3.1 國外虛擬現(xiàn)實研究動態(tài) 5 1.3.2 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實研究動態(tài) 6 1.3.3 目前研究存在問題及不足 8 第二章 綜采工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)總體設計 9 2.1 引言 9 2.2 系統(tǒng)設計目標 9 2.3 用戶需求與用戶心理分析 10 2.3.1 用戶需求分析 10 2.3.2 用戶心理分析 10

3、 2.4 開發(fā)平臺及環(huán)境的選擇 11 2.5 系統(tǒng)結構設計 13 2.5.1 系統(tǒng)開發(fā)流程圖 13 2.5.2 系統(tǒng)體系結構 13 2.5.3 系統(tǒng)功能結構 14 第三章 結論 15 致 謝 16 參考文獻 17 第一章 緒 論 1.1 引言 在此背景下, 虛擬現(xiàn)實 (VR) 和增強現(xiàn)實 (AR) 等虛擬技術將發(fā)揮決定性作用[1]。虛擬現(xiàn)實 (VR) 技術集成了各種學科和技術。以計算機技術為核心, 結合實際情況, 生成了高度模擬的仿真環(huán)境。用戶可以通過使用某些設備與模擬環(huán)境中的對象進行交互, 從而完成真實的視覺、聽覺和觸覺響應, 并使用戶在現(xiàn)實世界中感受和體驗。它被

4、認為是21世紀最具潛力的發(fā)展學科, 是代表現(xiàn)實世界的一種方式, 也是仿真技術發(fā)展的重要方向。Unity 3D 是 unity Technologies 開發(fā)的多平臺集成游戲開發(fā)工具。它使技術人員能夠輕松實現(xiàn)交互式內(nèi)容, 如三維視頻游戲開發(fā)、建筑可視化演示和實時三維動畫播放。它的編輯器可以在 Windows 和 Mac OS 下運行, 游戲可以發(fā)布到 Windows、Mac、I Phone、Web GL (HTML5)、Windows Phone 和 Android 平臺。同時, Unity web 播放器插件也可用于發(fā)布支持 Mac 和 Windows 的網(wǎng)絡游戲, 這是一個完全集成的專業(yè)游戲

5、引擎。基于虛擬現(xiàn)實場景構建技術、三維虛擬模型制作技術、多媒體技術和網(wǎng)絡技術, 對綜采工作面設備進行建模設計, 并進行三維可視化。采用 Unity 3D 建立了操作與仿真平臺, 實現(xiàn)了綜采工作面的全景過程和動態(tài)運動仿真, 展示了綜采工作面各設備的外觀和特點。生動生動的方式。實際運行環(huán)境 (包括三臺綜采機、巷道、支架、煤墻和煤粒、設備列車等) 可以實現(xiàn)礦工的虛擬作業(yè), 為礦工提供了一種新的、高效的、安全的、經(jīng)濟的、新的、新的、新的、高效的、經(jīng)濟的、新的、高效的、新的、高效的、高效的、新的、高效的、可實現(xiàn)的。低碳節(jié)能技術、培訓教學手段為煤礦企業(yè)、高校、科研院所等單位的設計和使用[3-5]。全景虛擬現(xiàn)

6、實技術在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用仍處于探索階段。綜采工作面的全景虛擬現(xiàn)實只是虛擬現(xiàn)實在煤礦生產(chǎn)中應用的一個方面。仍有許多未開發(fā)的內(nèi)容有待進一步研究[6, 7]。虛擬現(xiàn)實技術如果能應用于整個煤礦的生產(chǎn), 必將使煤礦開采、技術培訓、安全培訓、事故模擬等方面達到一個新的高度, 具有積極而深遠的意義這對礦山生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)代化的影響, 也將是我國工業(yè)信息化和煤礦數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢。 1.2 研究背景、目的與意義 1.2.1 研究背景 在這種情況下, 迫切需要找到新的解決方案, 改進適應過程, 改善職業(yè)健康, 確保在安全可控的環(huán)境中進行崗前培訓和實踐的機會, 以加強和提高安全性認識和工人自身的專業(yè)和技術水

7、平, 并從根本上減少和避免傷亡[8]。綜采工作面主要由采煤機、柔性刮板輸送機和自行式液壓支架組成。它是煤礦開采過程中最重要的部分。在工業(yè)4.0 帶來的機遇的推動下, 如何利用無縫數(shù)據(jù)集成和轉換技術實現(xiàn)自動化和數(shù)字化挖掘已成為一個非常緊迫的課題。在此背景下, 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實技術將發(fā)揮決定性作用[1, 9]。 工程背景煤是我國能源經(jīng)濟的主體。煤礦安全生產(chǎn)關系到整個煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和國家能源安全, 關系到無數(shù)礦工的生命財產(chǎn)安全[10]。數(shù)據(jù)研究表明, 事故率是礦業(yè)安全生產(chǎn)過程中最高的。地下生活環(huán)境惡劣, 工作條件惡劣, 訓練機制落后, 安全管理問題突出。近年來

8、, 國家穩(wěn)步加大政策力度, 鼓勵和支持企業(yè)建立安全監(jiān)測和運營體系, 加強對礦工實際作業(yè)技能的培訓和考核[8-10]。在此背景下, 必須牢固貫徹以人為本的理念, 努力提高安全意識, 提高綜合素質。 1.2.2 研究目的 本文研究的綜采工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)是基于先進的虛擬現(xiàn)實技術和 Unity-3d 系統(tǒng)開發(fā)引擎平臺。它致力于模擬綜采工作面的真實工作狀態(tài), 監(jiān)測和控制其工作狀態(tài)和事故的發(fā)生, 解決當前技術背景下存在的各種不足, 以解決當前的問題。礦工的安全。教育技術培訓面臨的各種問題, 使礦工在未來進入礦山前, 能夠在虛擬現(xiàn)實技術所體現(xiàn)的綜采工作面上進行操作和培訓

9、, 了解作業(yè)情況和工作情況設備在實際地下生產(chǎn)中的原則, 為企業(yè)乃至高校提供了新的安全教育和技術培訓模式。 1.2.3 研究意義 本課題的主要研究意義如下:虛擬現(xiàn)實操作更加生動, 訓練效果較好。虛擬現(xiàn)實技術可以利用計算機生成一個融合了各種信息的交互式、真實的仿真環(huán)境。它是一個仿真系統(tǒng), 可以在虛擬世界中創(chuàng)建和體驗三維動態(tài)場景和特定行為。它可以使用戶浸入其中。在這種環(huán)境下, 就像在現(xiàn)實中一樣。虛擬環(huán)境中物體的運動完全基于現(xiàn)實世界中的物理運動規(guī)律。理想的仿真環(huán)境可以達到真假之間無法理解的程度。作為主角, 用戶可以真正感受到他們存在于模擬環(huán)境中, 然后可以自然地在模擬環(huán)境中操作對象, 并從環(huán)境中獲

10、得反饋。利用這個系統(tǒng)進行安全教育和技術培訓, 可以改善目前培訓系統(tǒng)的單一手段、不明確的表達和沉悶的條件, 使礦工能夠真正體驗和操作他們需要了解、熟悉自己的設備提前與地下環(huán)境, 降低地下事故發(fā)生的概率。為提高培訓的安全系數(shù), 傳統(tǒng)的煤礦安全培訓方法單一而無效。他們中的大多數(shù)人依靠閱讀書面材料, 這些材料單調乏味。雖然有些視頻材料可以相對直觀地解釋一些操作方法和避免事故的方法, 但這些視頻材料并不能真正使礦工充分了解每臺機器和設備的工作原理和操作過程。更別提動手操作了在當前形勢下, 礦工們沒有對地下環(huán)境和設備的運行進行全面、系統(tǒng)的培訓, 然后趕往地下作業(yè), 事故發(fā)生的概率要高得多。然而, 利用綜采

11、工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng), 礦工可以體驗地下礦山的實際工作環(huán)境, 達到生動逼真的體驗效果, 避免了前往的巨大危險。地下實際工作在早期階段提高技術熟練程度和安全培訓意識, 提高整體培訓的安全系數(shù)。降低企業(yè)培訓成本, 為綜采工作面開發(fā)一套成熟的全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng), 可以在早期投入一定的人力和物力, 但開發(fā)成本遠遠低于邀請專家進行講座培訓, 或為礦工經(jīng)濟運營建立實際比例的培訓礦山, 一旦系統(tǒng)建成, 只需進行。后來的維護和更新只需要一些技術人員和資金來購買計算機設備, 這大大降低了企業(yè)的培訓成本。 1.3 國內(nèi)外研究動態(tài) 虛擬現(xiàn)實是在20世紀90年代提出的。一旦提出來, 就引起了全世界的廣泛關

12、注。近年來, 由于相關研究部門對這一技術的發(fā)展高度重視, 虛擬現(xiàn)實技術在被不同行業(yè)提升到了一個新的高度的同時。現(xiàn)在世界各國特別是一些發(fā)達國家對其進行了廣泛、徹底、深入的研究, 完成了一些階段和突破的新進展, 取得了一些可觀的新成就。 1.3.1 國外虛擬現(xiàn)實研究動態(tài) v r 技術的研究受到了世界上許多國家的高度重視, 特別是美國、歐洲、加拿大和日本。虛擬現(xiàn)實技術在世界范圍內(nèi)取得了長足的進步, 其研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件上[11-22]。作為虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)祥地, 美國的技術水平在一定程度上代表了這一技術的國際發(fā)展水平[11, 12]。他們利用虛擬現(xiàn)實技術在航空、衛(wèi)星和空

13、間站上構建了虛擬現(xiàn)實技術培訓系統(tǒng)。他們還成功地建立了 VR 教育系統(tǒng)[13], 可以在全國范圍內(nèi)使用, 并建立了一個虛擬訓練系統(tǒng), 可以模擬軍事領域使用的各種戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)形式[14]。此外, 美國北卡羅來納大學 (UNC) 的計算機系是最早也是最著名的 VR 研究大學機構。在顯示技術方面, 他們利用 VR 虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)了一個名為 Pixel 飛機的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以幫助用戶在復雜的情景視覺環(huán)境中建立實時動態(tài)顯示, 并可以進行處理, 實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實。真正的技術和其他技術的組合一次只能完成一個任務的組合和效率, 這使得顯示技術產(chǎn)生更顯著的效果[15]。在歐洲一些發(fā)達國家, 英國在行業(yè)中處于領先地

14、位, 其 VR 技術的發(fā)展和研究主要應用于分布式并行處理和輔助設備設計。。Al鋒ason 是英國南部桌面 v r 研究的先驅, 他關注的不是佩戴設備, 而是良好的互動體驗和視覺效果。許多學術界和業(yè)界的用戶, 如公司基于 PC486 系統(tǒng)開發(fā)的桌面系統(tǒng), 雖然 VR 是非沉浸式的, 即它不使用頭盔安裝的顯示器, 但與沉浸式系統(tǒng)相比, 視覺效果和動態(tài)差質量, 該系統(tǒng)可以提供高質量的圖像和實時交互[16, 17], 具有更大的市場優(yōu)勢。同時, 華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室在新概念的研究中發(fā)揮著主導作用, 也在體驗、感知、識別和運營。在動態(tài)控制能力的研究中, 將虛擬現(xiàn)實技術引入教育、設

15、計、娛樂和制造等領域。波音公司的 V22 運輸機在投入實際生產(chǎn)之前在實驗室制造虛擬機[18, 19]。此外, 伊利諾伊州立大學還開發(fā)了一個分布式 VR 系統(tǒng), 以支持車輛設計方面的遠程協(xié)作, 從而使不同的國家和地區(qū)能夠使用。在車輛設計過程中, 工程師可以通過計算機網(wǎng)絡進行實時協(xié)作, 共享虛擬環(huán)境, 在生產(chǎn)系統(tǒng)中采用虛擬樣機, 在生產(chǎn)前對產(chǎn)品進行估計和測試, 大大提高產(chǎn)品質量,成功地減少了方案圖形的設計方案, 大大縮短了新產(chǎn)品上市時間[20-22]。加拿大對礦山安全生產(chǎn)中的虛擬現(xiàn)實技術進行了深入研究。MARARCO 公司建立的虛擬房地產(chǎn)實驗室 (VRL) 基于真實數(shù)據(jù)模擬采礦生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié),

16、 包括可行性分析、設計、施工、竣工和采礦過程。它可以為礦山工程師和工程項目研究專家提供一個真實的虛擬現(xiàn)實環(huán)境, 實現(xiàn)礦山的安全數(shù)字化。選擇[19]。此外, 日本也是虛擬現(xiàn)實技術研發(fā)的主要國家之一。在工業(yè)設計、大型虛擬現(xiàn)實知識庫、虛擬現(xiàn)實游戲等多個領域做了大量工作, 取得了良好的效果[15-18]。 1.3.2 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實研究動態(tài) VR 技術在我國的引進相對較晚, 中外差距較大。然而, VR 技術的巨大應用前景也引起了相關部門的關注。虛擬現(xiàn)實確實有廣泛的應用。通過各種研究和分析, 可以看出, 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實研究在煤礦領域的應用主要是基于 CAD 軟件的虛擬系統(tǒng)研究 + 各種虛擬現(xiàn)實平臺。以

17、下是利用不同平臺進行開發(fā)的總結: 2009年, 中國礦業(yè)大學構建了一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)框架和人機交互平臺, 用于基于以下平臺的綜采支持。虛擬現(xiàn)實軟件虛擬工具 4.0, 并詳細分析了各組件結構的功能和實現(xiàn)方法。此外, 還分析了系統(tǒng)的通信原理, 通過編寫腳本模塊解決了虛擬平臺與 PLC 控制箱之間的通信問題。實現(xiàn)了系統(tǒng)與虛擬面板和實體按鈕之間的交互[23]。2011年, 寧芳等人開發(fā)了一套基于 Maya 和 Virtools 軟件的虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng), 用學和分析, 取得了良好的教學效果。這也減輕了現(xiàn)場實驗和實踐教學的難度和較高的成本視覺效果是逼真和互動的。它突破了從底層開發(fā)虛擬發(fā)動機的長周期、高成本、

18、高風險的局限性。其次, 在虛擬工具軟件的基礎上, 北京礦業(yè)冶金研究所提出了一種開發(fā)虛擬現(xiàn)實的采礦漫游系統(tǒng)的方法。利用 3Dd Max 建模軟件建立了復雜多變模型, 并利用紋理映射創(chuàng)建了一個虛擬場景進行挖掘。用戶可以自由漫步在礦區(qū), 這樣, 安全教育和現(xiàn)場教學為礦山員工[25]。2012年, 北京航天測試技術研究所的劉洋和張兵利用 Pro/engineer 軟件建立了液壓支撐系統(tǒng)的實體模型, 并通過 3D max 建立了系統(tǒng)場景、測繪和渲染。最后, 他們引入了用于交互設計的虛擬工具平臺, 并提出了從機械 CAD 軟件到虛擬工具開發(fā)平臺的模型導入和轉換的技術操作[26]。2016年, 解放軍后勤學

19、院使用 Revit、草圖 up 和 3D max 軟件構建了武器洞的三維模型。基于漫游中的基本圖形變換和實時位置顯示技術, 發(fā)布了洞室工程維護與管理的虛擬培訓系統(tǒng), 解決了洞室缺乏直覺和實用性的問題。工程教學與培訓, 并實現(xiàn)了其功能。演示、虛擬漫游、虛擬建設、虛擬培訓和評估等預設功能, 有效地提高了教學效果[27]。 此外, 他們還使用虛擬工具平臺來實現(xiàn)一個虛擬漫游系統(tǒng)的營地規(guī)劃的單位[28]。(2) 基于2013年的 OGRE 虛擬現(xiàn)實平臺, 江西科技大學基于插件設計理念和 OGRE 引擎, 設計了一個虛擬場景瀏覽框架, 包括渲染端和控制端。操作信號輸入到計算機上, 計算機作用于虛擬環(huán)境。

20、通過實時渲染處理結構的創(chuàng)建, 可以實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的準確、快速交互[29]。2015年, 中國礦業(yè)大學根據(jù)數(shù)字礦山和 OGRE 發(fā)動機的原理, 建立了湖南省紫江煤礦三維可視化虛擬環(huán)境平臺。實現(xiàn)了煤礦在地面和礦井下工作狀態(tài)的真實有效反映。在此基礎上, 收集到的安全生產(chǎn)和運營信息進行了收集和分析, 以解難和施工管理過程中收集的數(shù)據(jù)不準確,理提供了有效的技術支持。2016年, 中國礦業(yè)大學通過 OGRE 虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺自主開發(fā)了爆破三維可視化系統(tǒng), 實現(xiàn)的二維和可視化設計。爆破聯(lián)動顯示、爆破孔布置和拉拔, 預測爆破效果, 簡化了爆破設計人員的設計工作, 降低了勞動強度, 提高了爆破設計和采礦的精度

21、。數(shù)字化的程度[31]?；?014年的 unity 3D 虛擬現(xiàn)實平臺, 山東科技大學引入了 Unity 3D 與 3D max 相結合的方法, 實現(xiàn)了船舶液壓系統(tǒng)的三維虛擬顯示, 解決了使用中存在的問題。半部分, 以實現(xiàn)之前的系統(tǒng)。在用三維最大值建模的過程中, 采用了輕量級建模方法, 使模型更加具體, 然后采用 Java 腳本對模型進行了編譯。該腳本設計了基本動作, 更直觀、更生動地顯示了船舶的液壓系統(tǒng)。 1.3.3 目前研究存在問題及不足 通過對虛擬現(xiàn)實在國內(nèi)外一般領域和煤礦領域應用的研究, 可以發(fā)現(xiàn), 盡管高校和各界學者積極探索虛擬現(xiàn)實技術, 取得了一些成績結果表明, 虛擬現(xiàn)實技術

22、的理解和應用仍處于概念或初步應用階段。大多數(shù)的研究和使用不涉及更深入的技術研究。主要問題總結如下:如何模擬虛擬現(xiàn)實中目標對象的真實運動, 是開發(fā)人員和硬件制造商面臨的一大問題。對于一些具有精確運動的嚴肅虛擬現(xiàn)實游戲的開發(fā), 許多設計師根據(jù)自己的想象或經(jīng)驗積累來模擬目標的實際運動, 但這仍然不是完全正確的。 第二章 切水果工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)總體設計 2.1 引言 由于切果面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng), 在開發(fā)該系統(tǒng)之前, 首先要明確系統(tǒng)的設計目標。然后, 通過對用戶需求和用戶心理的研究, 對系統(tǒng)結構進行了整體闡述。在對現(xiàn)有綜采工作面現(xiàn)場進行觀測和體驗的基礎上, 設計了

23、該系統(tǒng)。對單體和系統(tǒng)的功能實現(xiàn)進行了討論和分析, 最后確定了綜采工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)的設計方案。。 2.2 系統(tǒng)設計目標 該系統(tǒng)以虛擬現(xiàn)實技術為基礎, 結合了綜采工作面各種設備的結構特點和工作特點。提出了滿足虛擬漫游要求的綜采工作面場地設計方案。該系統(tǒng)可為煤礦開采、技術培訓、安全培訓、事故模擬等提供技術支持和理論支持。根據(jù)系統(tǒng)需求分析, 綜采工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)的設計目標如下: 建立綜采工作面全景漫游的虛擬環(huán)境, 實現(xiàn)逼真的設備狀態(tài)、場景效果、照明和繪圖處理, 使系統(tǒng)具有很強的沉浸感和現(xiàn)實性。根據(jù)綜采工作面成套設備的實際布局和尺寸, 根據(jù)不同的需要, 利用 UG 和 3D Ma

24、x 建立準確的模型漫游仿真要求, 并進行映射渲染。建立了綜采工作面虛擬場景, 并將其引入 Unity 3D 系統(tǒng)的開發(fā)工具, 實現(xiàn)了礦工的漫游功能。實現(xiàn)了綜采工作面三臺綜采機 (包括采煤機、刮板輸送機、液壓支架) 等關鍵設備的運動仿真, 進一步實現(xiàn)了單機的協(xié)同運行。發(fā)動機運動。建立真正的環(huán)境粒子系統(tǒng)。主要是煤炭墜落和運輸?shù)挠绊憽崿F(xiàn)了整個系統(tǒng)的人機交互設計。它包括場景漫游的特點、設備信息點的提示、設備的介紹、采煤機的虛擬操作以及采煤機控制接口的完整 UI 交互設計。為了提高漫游體驗的完整性, 在整個系統(tǒng)的漫游過程中增加了環(huán)境聲音、設備引入聲音和操作聲音。 2.3 用戶需求與用戶心理分析 用

25、戶體驗涵蓋了用戶與產(chǎn)品交互的所有方面, 包括用戶感知、產(chǎn)品理解、目標實現(xiàn)和產(chǎn)品及其使用環(huán)境的適應性。為了完成一個完整的漫游體驗系統(tǒng), 首要任務是分析和研究用戶的需求和心理, 充分了解用戶的需求, 然后實現(xiàn)用戶的想法、感受、期望, 從而使用戶體驗更豐富。滿意和完整。 2.3.1 用戶需求分析 在確定系統(tǒng)開發(fā)目標的基礎上, 采用問卷調查的方法, 獲取并分析了用戶的需求, 最后形成了用戶需求分析報告。隨函附上調查表?？偨Y用戶群體的需求, 主要需要如下: 漫游體驗需要系統(tǒng)的主要用戶群定位由于缺乏地下工作經(jīng)驗, 地下設備的操作不是熟練的新礦工。他們對系統(tǒng)最重要的要求是滿足他們在虛擬環(huán)境中漫游和體驗地

26、下工作環(huán)境的需求。由于實現(xiàn)這一要求, 可以保證今后地下實際運行的安全, 提高安全系數(shù)和生產(chǎn)效率。操作學習需要當?shù)V工充分體驗整個綜采工作面的漫游系統(tǒng)時, 他們不再滿足于僅僅了解其工作和運行情況, 而是希望在實際中進一步操作機械設備工作面, 了解其工作原理和方法, 為下一步進入地下實際運行奠定堅實的基礎。人機交互需要操作學習, 其潛在需求是人機交互的需求。要很好地模擬用戶的機器和設備運行, 就必須實現(xiàn)良好的人機操作體驗。設備上的許多操作按鈕和操作顯示將是在 UI 界面中測試整個系統(tǒng)的完整性和體驗的關鍵點。真正的沉浸式系統(tǒng)需要這個系統(tǒng)是一個基于虛擬現(xiàn)實的漫游系統(tǒng), 所以漫游過程中的現(xiàn)實應該非常突出。

27、在問卷調查中, 發(fā)現(xiàn)目標用戶想要體驗的是真正的地下工作條件, 以避免今后再次學習的麻煩。因此, 我們應該反映虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的沉浸感, 即增加視覺、聽覺、觸覺等感官體驗。 2.3.2 用戶心理分析 用戶心理是指用戶心目中存在的關于產(chǎn)品應該具備的概念和行為的知識。這些知識可能來自用戶使用類似產(chǎn)品的經(jīng)驗, 也可能來自于用戶對產(chǎn)品概念和行為的期望, 這些都是基于使用產(chǎn)品要實現(xiàn)的目標。(1) 建立良好的視覺規(guī)范和交互設計規(guī)范, 當用戶體驗產(chǎn)品時, 其顏色、大小和形狀都被感知到視覺體驗, 這受他人或以往體驗的影響較小, 因此良好的設計必須牢牢把握用戶的心理學在經(jīng)驗的開始。但不同的產(chǎn)品, 由于其娛樂或嚴肅

28、性的差異, 設計規(guī)范也不同。此外, 不同的行業(yè)有不同的需求, 因此逐步形成符合自己企業(yè)的視覺和交互設計規(guī)范是非常重要的。(2) 在使用復雜產(chǎn)品的過程中, 建立基于 "拋光法" 的用戶心理模型, 用戶往往以自己的方式了解產(chǎn)品, 這可能與產(chǎn)品的實際工作原理完全不同。用戶可以通過自己的理解正確預測產(chǎn)品的使用效果, 這就是互動設計中的 "拋光法"。因此, 我們可以建立用戶的心理模型, 對改進產(chǎn)品使用方法和功能產(chǎn)生積極影響。(3) 以知識連續(xù)性和繼承為重點的產(chǎn)品的設計和開發(fā)是一個迭代和細化的過程。所有新產(chǎn)品都與以前的產(chǎn)品相關, 但不完全相同。一個好的產(chǎn)品應該在原產(chǎn)品的基礎上進行改進和創(chuàng)新, 這不僅延續(xù)了

29、用戶的操作習慣, 繼承了以前的操作行為, 還能使用戶獲得更好的使用體驗。 2.4 開發(fā)平臺及環(huán)境的選擇 虛擬系統(tǒng)的建立, 首先建立了計算機輔助設計相關軟件下的實體模型和場景, 然后完成了映射和渲染處理, 然后進一步導入了基于各種游戲引擎的軟件, 如用于運動仿真和人機交互設計的虛擬現(xiàn)實平臺。近年來, 隨著計算機技術的發(fā)展, 建立人機集成和多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能。然而, 由于關鍵技術的局限性, 主流虛擬現(xiàn)實技術逐漸暴露了許多棘手的問題, 如粗糙的畫面、速度慢、系統(tǒng)結構復雜、交互性差和可移植性差。因此, 利用游戲引擎技術研究機械運動仿真具有重要意義 [31]。目前, UG、pr

30、obe、3D Max 和 Quest 是國內(nèi)流行的計算機輔助設計軟件。不同的軟件可以完成模型精度和內(nèi)部結構連接的不同。在本主題的設計過程中, UG 和 3D Max 主要用于相互設計?？紤]到 UG 主要適用于大型汽車、飛機等, 以構建復雜的數(shù)字模型, 而 probe 則主要適用于中小企業(yè)快速構建相對簡單的數(shù)字模型。根據(jù)礦山機械精度的需要, 大多數(shù)需要仿真功能的設備選擇 UG 建模。3D max 的性能在三維效果的表現(xiàn)上是突出的, 目前的使用比較成熟, 各種數(shù)據(jù)也比較多, 所以在場景的建立、映射和渲染中選擇了3D 最大值。目前, 虛擬工具、OGRE 和 Unity 3D 是最受歡迎的虛擬現(xiàn)實平臺

31、。由于不同的虛擬現(xiàn)實軟件平臺具有不同的特點, 在虛擬現(xiàn)實建模的方向上也有不同的特點?，F(xiàn)在我們通過比較方法來考慮上面提到的開發(fā)平臺, 然后選擇合適的平臺來開發(fā)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng), 如表2-1 所示： 表 2-1 開發(fā)平臺對比 本研究的目的主要是應用于虛擬現(xiàn)實場景的全景建模和漫游方向。它需要簡單和直觀的編輯。同時, 我們希望該系統(tǒng)能夠與平臺分離, 進而盡可能降低研發(fā)成本, 具有更好的用戶體驗。它也是三維虛擬現(xiàn)實發(fā)展最先進的技術, 是一個綜合性、綜合性的專業(yè)。行業(yè)游戲引擎是開發(fā)系統(tǒng)、完成虛擬現(xiàn)實漫游的最佳選擇。因此, 選擇 Unity 3D 高級渲染引擎, 在綜采工作面開發(fā)全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)。構

32、建漫游系統(tǒng)還有一個重要任務, 那就是選擇開發(fā)環(huán)境。經(jīng)過多次取證和研究, 以下是系統(tǒng)開發(fā)決定使用的開發(fā)環(huán)境: 操作系統(tǒng): Windows 8開發(fā)語言: C#, JS 集成開發(fā)環(huán)境: Mono 開發(fā)接口生產(chǎn)軟件: Photoshop CC 2017 建模軟件: 3D 最大值, UG10.0 (6) 引擎選擇: Unity-3d 5.5.4。 2.5 系統(tǒng)結構設計 2.5.1 系統(tǒng)開發(fā)流程圖 2-1 開發(fā)流程示意圖 2.5.2 系統(tǒng)體系結構 全機械化切水果工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)的結構，該系統(tǒng)主要由兩個部分組成: 虛擬現(xiàn)實模型平臺的建立。首先, 完成了工作場景的布局設計, 然后根據(jù)

33、現(xiàn)場布局建立了設備模型。根據(jù)不同的需求, 采用 ug 和 3D Max 進行設備建模。由于有些設備需要模擬, 并且組件之間的關系需要是父子關系, 因此使用 UG 進行建模;有些設備只是靜止在場景中, 只需要實現(xiàn)一般的外觀, 所以 3D Max 用于建模。生成模型后, 所有文件都將導出到 FBX 格式, 并最終導入到 Unity-3d 中。建立設備運動仿真和礦工漫游。模型平臺建立后, 分別在 Unity-3d 中實現(xiàn)了采煤機、液壓支架和刮板輸送機的運動仿真。在此基礎上, 實現(xiàn)了三臺機器的協(xié)調運動仿真。 2.5.3 系統(tǒng)功能結構 經(jīng)過分析, 全機械化切水果工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)的功能結構如

34、圖2-3 所示。其三機運動仿真包括完成采煤機運動仿真、液壓支架運動仿真、刮板輸送機運動仿真等運動仿真和三機協(xié)同運動仿真;設備信息介紹, 完成綜采工作面各設備的主要類型和功能;環(huán)境效應, 實現(xiàn)整個環(huán)境的真實性, 增加用戶的沉浸感, 包括音效。粒子效應和運動效應;礦工漫游是整個系統(tǒng)的用戶視角, 體驗者可以在整個綜采工作面的可行區(qū)域漫游;采煤機的 UI 操作是用戶交互體驗的一個重要例子, 可以為進一步完成礦工系統(tǒng)培訓奠定良好的基礎。。 圖 2-3 功能結構圖 功能目標是基于 Unity 3D 引擎的高仿真系統(tǒng), 它可以對礦工進行培訓、訓練安全和模擬事故。通過功能結構, 我們可以分析主要完成的

35、主要功能包括以下五個方面: (1) 采煤機, 液壓支架, 刮板輸送機單模擬運動和三個協(xié)調模擬運動: 通過對設備進行動態(tài)分析, 建立數(shù)學模型, 實現(xiàn)設備各部件的平移和旋轉, 在煤礦工況下完成運行運行。(2) 設備的三維顯示和信息介紹: 建立設備的三維虛擬模型, 建立其中建立的關鍵設備的信息點提示。當用戶來到關鍵機器設備的前面時, 如果他們想了解設備的相關知識, 點擊信息點提示按鈕, 就會介紹機器的主要類型和功能。(3) 礦工漫游: 用戶可以在綜采工作面可行的可行區(qū)域自由行走, 對整個綜采環(huán)境產(chǎn)生具體直觀的印象, 實現(xiàn)礦工對工作面環(huán)境的全面了解。(4) 環(huán)境影響: 環(huán)境影響包括聲音效應、粒子效應和

36、運動效應。這些特效的整體實現(xiàn), 可以增強整個環(huán)境的真實性, 讓用戶對其感覺更加真實。(5) 人機交互: 本系統(tǒng)的重點是實現(xiàn)采煤機的 UI 操作。通過操作, 用戶熟悉了采煤機的功能。以此為例, 為今后礦工的安全教育和技術培訓提供了安全可靠的學習模式。通過實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)的功能, 相關人員可以了解綜采工作面的整體結構, 了解設備信息, 為用戶提供自由漫游的直觀感覺。它;建立綜采工作面的整體環(huán)境, 實現(xiàn)綜采設備的三維虛擬顯示和運動仿真;同時, 基于相互作用理論, 對綜采設備進行了分析。深入設計人機交互, 使用戶能夠全面、真實地體驗綜采工作面的整個生產(chǎn)過程, 為煤礦安全教育和技術培訓提供安全、綠色

37、、可靠的手段企業(yè)和其他單位。 第三章 結論 在實現(xiàn)工作面全景虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng)之前, 首先確定了該系統(tǒng)的設計目標, 然后通過對用戶需求和心理的分析, 選擇了開發(fā)平臺和環(huán)境,介紹了系統(tǒng)結構, 詳細闡述了系統(tǒng)結構的基本結構和實現(xiàn)這些結構的細節(jié), 并在此基礎上確定了系統(tǒng)的功能, 進而確定了全景的基本要求。實現(xiàn)了綜采工作面虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng), 為該系統(tǒng)的研發(fā)做了充分的準備。本文收集了相關信息, 了解了虛擬現(xiàn)實技術在國內(nèi)外一般領域和煤礦領域應用的研究現(xiàn)狀, 并進行了總結。通過分析, 找出了傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術在煤礦生產(chǎn)中應用中存在的問題, 確定了本課題的研究方向。通過確定系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和確定系統(tǒng)的設計目標,

38、 對漫游系統(tǒng)的開發(fā)過程、整個系統(tǒng)和功能結構進行了分析和設計。 致 謝 時光飛逝，終于到了論文定稿的這一刻。雖然文章顯得有些粗糙，但畢竟凝聚了自己的心血，在此謹向曾經(jīng)關心、幫助、支持和鼓勵我的老師、同事、同學、親人和朋友們致以最誠摯的謝意和最衷心的祝福衷心感謝我的導師謝鐵兔。老師對我兩年來的學習、生活給予了悉心的關懷，在本論文的開題、寫作、修改、定稿方面更是給予了悉心指導和匠心點撥，論文凝結著導師的汗水和心血。在這兩年多的學習和生活過程中，我要向老師們表示衷心的感謝是他們給了我熱情的關懷、支持和幫助，使我得以順利完成學業(yè)。同時，衷心感謝我的父母、家人以及和我一起學習的各位同學，是他們在我學習

39、和論文寫作過程中，給予我了莫大的支持和鼓勵。最后，再一次感謝所有關心和支持我的人們，我一定會用所學知識更好地做好本職工作來報答你們。 參考文獻 [1] Mei Li，Jingzhu Chen，Wei Xiong，et al．VRLane：a Desktop Virtual Safety ManagementProgram for Underground Coal Mine[C]．Institute of Remote Sensing and GeographicInformation System，Peking University，Beijing，P．R．China 100871

40、，20090610：71432J：1-71432J：9． [2] 張俊文，肖劍儒．虛擬綜采工作面實現(xiàn)手段的研究與探討[J]．礦業(yè)研究與開發(fā)，2005，(3)：70-72． [3] 范家瑋．淺談 VR 技術未來的發(fā)展趨勢[J]．電子世界，2017，(17)：64． [4] 朱安平．虛擬現(xiàn)實及其應用[J]．計算機技術應用，2016(11)，175． [5] 王文田，關長亮，劉啟超，等．虛擬仿真技術在智慧礦山建設中的應用探討[J]．中國礦山工程，2017，(5)：69-72． [6] 鄒湘軍，孫健，何漢武，鄭德濤，陳新．虛擬現(xiàn)實技術的演變發(fā)展與展望．系統(tǒng)仿真學報，2004(09)：1905

41、-1909． [7] H．J．Bullinger，M．Richter，K．A．Seidel．Virtual assembly planning[J]．HumanFactors and Ergonomics in Manufacturing，2000，(3)：331-341． [8] Antonino Gomes de Sa，Gabriel Zachmann．Virtual reality as a tool for verification ofassembly and maintenance processes[J]．Computers & graphics，1999，(3)：389-4

42、03． [9] 王德永．虛擬現(xiàn)實技術在礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)中的應用研究[D]．西安：西安電子科技大學，2007． [10] Martin S，Matrin R．Virtual reality teaching and training systems in mining-Applicationsand operational experiences[J]．Glueckauf Mining Reporter，2004，(2)：39-44． [11] Hongmin Zhu，Dianliang Wu，Xiumin Fan．Assembly semantics modeling forassemb

43、ling process planning in virtual environment[J]．Assembly Automation，2010，(3)：257-267． [12] Bo Chen，Harry H. Cheng．Interpretive Open GL for computer graphics[J]．Computers&graphics，2005，(3)：331-339． [13] Chryssolouris G，Dimitris M，Detal F．A Virtual Reality based ExperimentationEnvironment for the Ve

44、rification of Human related Factors in Assembly[J]．ProcessesRobotics and Computer Integrated Manufacturing，2000，3(26)：267-276． [14] Dewar R G，ID C，Richter J M，etal．Assembly Planning in a VirtualEnvironment[C]．Proceeding of Portland International Conference on Management andTechnology，Portland：1997．

45、 [15] Om Prakash Yadav，Ganesh Thambidorai，Bimal Nepal，etal．A Robust Framework forMulti-Response Surface Optimization Methodology[J]．Quality and reliabilityengineering international，2014，(2)：301-311． [16] BULLINGER H J，RICHTER M．Virtual assembly planning[J]．Human Factors andErgonomics In Manufactur

46、ing，2000，10(3)：331-341． [17] Gomes A，G Z A．Virtual Reality as a Tool for Verification of Assembly and MaintenanceProcesses[J]．Computer and Graphics，1999(23)：389-403． [18] Pieter M.A Desmet．Measuring Emotions．Delft University of echnology，Department ofIndustrial Design．2006．1-13． [19] Yuan X B，Yan

47、g S X．Virtual Assembly with Biologically Inspired[J]．IEEE Transactionson Systems，Man and Cybernetics Part C：Applications and Reviews，2003，33(2)：159-167． [20] Yuan X B．An Interactive App roach of Assembly Planning[J]．IEEE TransactiononSystem，Man and Cybernetics Part A：Systems and Humans，2002，32(4)：5

48、22-526． [21] Liverani L，Lmati G，Caligiana G．A CAD-augmented Reality Integrated Environmentfor Assembly Sequence Check and Interactive Validation[J]．Concurrent Engineering：Research and Application(S1063-293X)，2004，12(3)：66-77． [22] P. Foster，A. Burton．Modeling Potential sight line improvements to U

49、ndergroundminingvehicles using virtual reality[J]．Mining Technology，2006，115(3)：85-90． [23] 閆海峰，鞏明，唐大放，姬慶如．基于 Virtools4.0 的綜采支護虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)[J]．礦山機械，2009(23)：14-17． [24] 寧芳，范軍，蔡大林，王政．基于 Maya 和 Virtools 的采礦虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)開發(fā)[J]．實驗技術與管理，2011(6)：82-85． [25] 楊棋．基于 Virtools 的礦山開采虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究[J]．礦冶，2011(3)：92-94． [26

50、] 劉陽，張兵，樊鳳彬．基于虛擬現(xiàn)實技術的機械產(chǎn)品全景顯示系統(tǒng)開發(fā)[J]．科技資訊，2012，(35)：1-2． [27] 王文康，李勝波，王建國，王?。?Virtools 的洞庫工程維護管理虛擬訓練系[J]．后勤工程學院學報，2015，(1)：91-96． [28] 王東華，李洪發(fā)．基于 Virtools 的營區(qū)規(guī)劃虛擬漫游系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]．電腦編程技巧與維護，2015，(23)：104-105． [29] 羅會蘭，胡思文．基于 OGRE 引擎的虛擬場景瀏覽[J]．計算機工程與設計，2013，(5)：1744-1751． [30] 朱煒鵬，張寧，李成建．基于 Ogre 引擎的三維數(shù)字礦山管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]．科技視界，2015，(9)：119-120． [31] 陳龍，李慧嬌，王凱，王向上．基于 OGRE 引擎的三維礦山爆破設計與實現(xiàn)[J]．測繪與空間地理信息，2016，(3)：170-172．