基于HTC Vive的虚拟综采工作面巡检培训系统设计

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综采工作面巡检工作是煤矿安全生产中至关重要的一环,能够将“预防为主”作为首要工作,从本质上降低煤矿事故发生率。通过对综采工作面技术人员进行相关巡检工作培训,可以增强其安全意识,避免因人为操作失误而导致的事故发生。为解决传统培训方式存在理论与实践脱节、枯燥无趣和授课效果不佳等问题,本文基于虚拟现实技术及人机交互技术,构建了基于HTC Vive的虚拟综采工作面巡检培训系统,实现了集设备了解、巡检演练、事故模拟和考试测评于一体的培训模式,提高了培训效果。本文主要研究内容和成果如下:(1)提出了虚拟综采工作面巡检培训系统总体设计方案。分析了系统需求,从系统应用场景、学员情况和功能需求三方面对系统功能进行了初步设计;对系统功能进行了深入分析,并基于此对系统板块进行了划分;设计了系统实现流程,为系统搭建理清思路。(2)构建了具有“认知-训练-模拟-测试”四大板块的虚拟综采工作面巡检培训系统。基于UG和Rhino三维建模软件,完成了综采设备及场景的模型构建,建立了基于Unity 3D的虚拟仿真系统;利用Visual Studio编程软件分别实现了设备认知、巡检培训、事故模拟和知识测评子系统的功能,并对上述功能模块进行了系统集成。(3)研究了基于HTC Vive设备的界面设计原则和交互方法。以Unity 3D为VR界面搭建平台,通过研究HTC Vive设备与Unity 3D对接技术,利用手柄交互技术实现了学员与虚拟场景之间的交互,并基于HTC Vive设备对所建立的虚拟综采工作面巡检培训系统进行了优化。(4)提出了基于层次分析法的最优系统版本决策方法。利用层次分析法构建具有“目标层-指标层-方案层”的判断矩阵,通过沉浸性、趣味性和交互性指标计算判断矩阵权重值,对优化前后的虚拟综采工作面巡检培训系统进行对比分析,得出最优结果。(5)提出了基于SUS可用性量表的系统可用性评估方法。以某矿综采装备智能化技术培训班培训人员为研究对象,通过用户观察法和SUS可用性量表对测试学员进行实验分析,得出该巡检培训系统具有可用性和易学性,培训效果较好。本文所建立的虚拟综采工作面巡检培训系统,是一种多平台、多功能且实用性强的系统,既能够满足对特殊工种的培训要求,也适用于煤矿从业人员对综采工作面基础知识的学习。
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