虚拟液压支架的职业教学仿真实训系统的设计与实现

【摘要】我国煤矿生产条件复杂，自然环境与地形地貌性质多样，实际生产作业中顶板、瓦斯、煤尘、水、火五大自然灾害时刻威胁着煤矿从业者的生命安全。与此同时，煤矿灾害事故在某些环节还难以实现到有效的预防和控制，每年因矿难事故而造成的损失难以估量。究其原因，虽然有受自然条件限制的因素，但最主要根源还是在于煤矿生产企业管理部门的安全意薄弱，安全设备投入、更新不到位，且一线工人的安全生产技能不过关。面对严峻复杂的煤矿安全局势，逐步加大科技投入，改变煤矿生产的不安全状况已是当务之急，在按照国家有关法律法规对职工的生产行为进行规范，强化职工安全意识的同时，更要加快信息化技术在煤矿安全技术培训中的推广与应用，液压支架虚拟实训系统就为解决上述问题而设计实施的。当前，我国煤矿行业的从业者主要来自各级院校采煤专业的学生及农民工，在人才的培养方面仍是走着“手指口述”的老路，在相关的各级职业教育培训体系、鉴定等方面没能跟上科学技术前进的脚步，而培训方式是否科学、合理又是决定教学效果的重为要因素之一。虚拟仿真技术正是解决这一系列的问题的重要途径之一。所谓虚拟仿真是近十几年才真正才兴起并逐步应用推广的一门崭新的科学技术，它融合了数字图形图像分析学、三维计算机图形学、多媒体技术等多个信息技术领域。它所创造的虚拟环境、模拟的声音是多元化的，人机互动是便捷友好的。理论上它能够创造出与现实世界无限接近的环境，从而能够满足学习中对职场环境、仿真操作等的要求，在教育领域中特别是职业教育教学中需要着重体现实操实训环节的有着极其广泛的应用前景。可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体课件、计算机网络资源库之后，在职业教育领域内最具有发展及应用前景的技术。本文论述内容分为五大部分，第一部分介绍了研究背景和意义，阐述了什么是职业教育，我国职业教育的特点及发展状况，之后简要的介绍了采矿专业的主要教学内容以及对液压支架的工作原理进行介绍。第二部分阐述了什么是虚拟仿真，虚拟仿真技术及虚拟实训软件在教学实践中的应用。第三部分通过以《液压支架虚拟实训系统》为线索探讨了三维虚拟仿真技术在职业教育信息化中的具体应用，包括系统的整体设计、功能模块的设计。第四部分详细说明了系统主要关键技术的研究与实现，从3D模型的骨骼运动模拟、基于高度图生成的地形系统、光照原理与实现、三维碰撞检测技术等方面入手，给出了原理与算法实现。第五部分对本系统的研究进行了总结并指出当前研究存在的不足以及未来的发展方向。论文中3D模型通过Autodesk公司的3dsMax2011版本创建，程序部分中开发环境为MicrosoftVisualStudio2012，三维图像API（应用程序接口）使用的是微软公司的Direct9.0C与XNA，编程语言使用C#4.0版本，系统的运行环境为.NetFramework4.0。此系统运行良好，达到了仿真实训的目的。
【作者】张磊；
【导师】卢奕南；
【作者基本信息】吉林大学，软件工程，2014，硕士
【关键词】虚拟仿真；漫游；液压支架；

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