黃 偉

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，計算機的硬件和軟件功能不斷完善，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是將人與信息科學(xué)密切結(jié)合的一種新型信息技術(shù)，不僅對計算機科學(xué)的發(fā)展起到了巨大的推動作用，而且對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了更大更廣泛的影響。采礦工程一直具有環(huán)境惡劣，開采難度大，技術(shù)要求高等特點，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬三維的采礦現(xiàn)實環(huán)境，是對傳統(tǒng)開采模式的顛覆，不僅有助于采礦人員更加準(zhǔn)確地認(rèn)識地理環(huán)境，擬定科學(xué)合理的開采方案，而且大大提升了開采工作的精準(zhǔn)度和安全度，促進(jìn)了采礦工程的信息化發(fā)展。本文基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本內(nèi)涵，積極探索虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的有效應(yīng)用，以期能推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)的普及和完善，推動采礦工程的信息化和數(shù)字化。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本內(nèi)涵

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality），簡稱VR技術(shù)，主要是基于人與信息科學(xué)融合運用的一門高新技術(shù)，集合了計算機圖形、多媒體、人工智能、人機接口、傳感器等多種信息技術(shù)和人類行為學(xué)研究成果，尋求人類行為和虛擬信息技術(shù)的最佳契合[1]。虛幻現(xiàn)實技術(shù)本質(zhì)上也是一種計算機繪圖技術(shù)，但卻高于我們常見的計算機繪圖，力求通過多種手段模仿重建，構(gòu)建一個多維立體的，具有感知層次的虛擬環(huán)境。除了傳統(tǒng)的圖片之外，還需要結(jié)合人的行為、視覺和動作共同完成。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，一經(jīng)出現(xiàn)就引起了世界各國的廣泛關(guān)注，并視為信息技術(shù)的又一個偉大革新，經(jīng)過幾年的研究和發(fā)展，現(xiàn)已擴展到監(jiān)控操作、CAD輔助設(shè)計、地理空間探索、醫(yī)學(xué)以及娛樂等領(lǐng)域，對人們的工作生活與休閑娛樂產(chǎn)生了重要影響。對于采礦工程而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有環(huán)境勘查監(jiān)控和CAD繪制等功能，集合了煤炭安全生產(chǎn)、優(yōu)化設(shè)計和礦工技術(shù)培訓(xùn)等工作內(nèi)容，是一種高效便捷的信息化工作手段。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

對于工程領(lǐng)域而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用使得工程開發(fā)和建設(shè)事半功倍，經(jīng)過多方的共同研究和探索，現(xiàn)已取得比較豐碩的成果。然而，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的運用卻還處于初級階段，以探究摸索為主。下面，筆者將結(jié)合采礦工程的幾個重要環(huán)節(jié)，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行一個簡單的總結(jié)論述，集中展現(xiàn)這一技術(shù)未來的采礦工程中的應(yīng)用前景。

（1）系統(tǒng)設(shè)計中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用。采礦工程中的系統(tǒng)設(shè)計主要是針對礦山系統(tǒng)而言，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實時生成礦山系統(tǒng)中關(guān)于開拓、運輸?shù)认到y(tǒng)的大型三維虛擬模型。生成的不同模型之間，可以進(jìn)行相互交流與合作，將不同的設(shè)計理念添加到虛擬模型之中，在系統(tǒng)之間構(gòu)建一種交互環(huán)境，清楚地呈現(xiàn)不同系統(tǒng)作業(yè)之間的相互影響。針對礦山系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)計，可以進(jìn)行實時分析、檢驗和校正，對于設(shè)計不合理的地方，及時地調(diào)整和優(yōu)化，并同步更新到虛擬環(huán)境之中，確保虛擬模型與實際環(huán)境和相同。

（2）施工工藝中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以根據(jù)采礦工程中的施工工藝和流程，對整個施工過程進(jìn)行模擬。具體的操作方法為：借助于生成于桌面之上的虛擬現(xiàn)實技術(shù)軟件，生成三維立體化的礦山井下的作業(yè)場景，采礦的相關(guān)工作人員可以通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，在虛擬生成的作業(yè)場景中模擬施工。通過這一運用，礦山工程師如同身臨其境一般地進(jìn)行真實施工，對各個施工工藝和流程的合理性進(jìn)行確定，為施工方案的優(yōu)化提供借鑒和參考。

（3）礦山爆破工程中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對礦山及其周圍地區(qū)的地質(zhì)地貌和水文地理情況進(jìn)行虛擬，制造出一個仿真的空間環(huán)境。爆破工程師通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中生存的仿真空間環(huán)境，選擇適宜的爆破地點，確定科學(xué)的爆破方案，并在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)演，對爆破后產(chǎn)生的影響和結(jié)果進(jìn)行評估，并于之前的設(shè)想進(jìn)行對比，優(yōu)化爆破方案，也使得爆破參數(shù)更加的準(zhǔn)確科學(xué)。

（4）礦山管理中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦山管理過程中的運用，主要集中在安全、環(huán)保、機械設(shè)備、生產(chǎn)安排等方面的管理，確保礦山的施工安全和施工過程的順暢，進(jìn)而實現(xiàn)安全高效的管理目的。這一應(yīng)用的實現(xiàn)主要是借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身所具有的遠(yuǎn)程監(jiān)控、環(huán)境特征的動態(tài)采集和自動生成這一系列功能，確保采礦工作環(huán)境的實時更新，確保與現(xiàn)實環(huán)境的一致性。在這種情況下，礦井工程的管理責(zé)任人就將參照虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中生成的實景圖對礦井下方的工作情況進(jìn)行實時監(jiān)控、調(diào)整、調(diào)度和優(yōu)化，并對整個礦井工作情況、安全情況進(jìn)行全方位地評估。在確保施工進(jìn)程可控的情況下，對礦山的開采進(jìn)度和環(huán)境進(jìn)行全面把握，為礦山規(guī)劃、工期進(jìn)度安排等正確決策的做出提供諸多借鑒和參考。

（5）礦山培訓(xùn)中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用。借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可對井下各種類型復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行場景虛擬，并借助于此實現(xiàn)對采礦工程技術(shù)工作者的實習(xí)培訓(xùn)，這樣一方面可以控制培訓(xùn)費用的投入，另一方面還有利于提高培訓(xùn)效率、縮短培訓(xùn)時間[2]。

（6）礦山安全中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用。對于采礦工程而言，有太多的未知和不可控因素，導(dǎo)致許多意外災(zāi)害的發(fā)生，為工程和相關(guān)工作人員的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的威脅。眾所周知的瓦斯爆炸和礦井火災(zāi)，是礦山開采過程中發(fā)生機率最大的兩種災(zāi)害類型，也是出現(xiàn)在新聞報紙最為頻繁的礦山災(zāi)害。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，礦山開采過程中的安全預(yù)測和管控逐漸從不可能變?yōu)榭赡?。通過計算機相關(guān)技術(shù)的運用，可以對礦井下的風(fēng)流進(jìn)行有效控制，尤其是在火災(zāi)爆發(fā)之際，對風(fēng)流進(jìn)行準(zhǔn)確控制，可以為礦井之下的工作者們延長安全撤離的時間，避免火災(zāi)肆虐造成的有害氣體蔓延。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面，目前已有研究者正在從事這方面的研發(fā)，希望能借助于對礦井下真實工作環(huán)境的實景模擬，對火災(zāi)發(fā)生時的狀態(tài)進(jìn)行模仿還原，并對火災(zāi)的延時情況進(jìn)行預(yù)測和模擬，確?；馂?zāi)應(yīng)急方案的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和實用性。如果推而廣之，也可以為其他工程的火災(zāi)防治提供參考和借鑒。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助于計算機網(wǎng)絡(luò)，對礦山工程的環(huán)境、施工流程、作業(yè)圖景、災(zāi)害預(yù)演等情況進(jìn)行實時模擬，監(jiān)控礦井下的工作狀況，實時調(diào)整施工和管控方案，提高礦山開采工程的安全度和實效性，對礦山開采發(fā)揮著不可替代的重要作用。因此，推動礦山工程的信息化和自動化，已經(jīng)成為一種必然趨勢，我們唯有與時俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新和完善虛擬現(xiàn)實技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用，才能實現(xiàn)這一目標(biāo)，推動我國礦山勘測和開發(fā)實現(xiàn)歷史性發(fā)展。