虛擬現實技術在煤礦安全培訓中的應用探討(一)
張獻忠，姜 薇，王茂光
(中國礦業大學計算機科學與技術學院，江蘇徐州 22m08)
摘 要：介紹了虛擬現實(VirtualReality)技術的基本概念及技術特點，分析了虛擬現實技術在煤礦
安全技術培訓中運用的直觀性及應用前景。
中圖分類號：TD79；X925 文獻標識碼：A 文章編號：1008-4495(2004)03-0029-02
1 虛擬現實技術簡介
虛擬現實技術(VirtualReality，VR)，又稱靈境技
術。近年來VR技術在研究領域十分活躍，它匯集了
計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接口技
術、傳感器技術、高度并行的實時計算技術和人的行
為學研究等多項關鍵技術。虛擬現實是多媒體技術
發展的更高境界，是這些技術高層次的集成和滲透。
它給用戶以更逼真的體驗，它為人們探索宏觀世界
和微觀世界中由于種種原因不便于直接觀察的事物
的運動變化規律，提供了極大的便利。計算機產生一
種人為虛擬的環境，這種虛擬的環境是通過計算機
圖形構成的三度空間，或是把其它現實環境編制到
計算機中去產生逼真的“虛擬環境”，從而使得用戶
在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺。這種技
術的應用，改進了人們利用計算機進行工程數據處
理的方式，尤其在需要對大量抽象數據進行處理時。
目前，新興的虛擬現實技術已滲透到科學、技術、工
程、醫學、文化、娛樂的各個領域，引起許多行業的變
革。例如在設計領域，人們已經可以在樓房或飛機的
圖紙還未出來之前，到樓房中巡視，到飛機中檢查設
計是否合理；在醫學領域，它不僅已經在診斷、治療
甚至手術中發揮作用，而且已經使某些醫療培訓工
作在虛擬環境中進行了，既不會對病人造成生命危
險，又可以重現高風險、低概率的手術病例，可供培
訓對象反復練習。
2 虛擬現實技術的特征
虛擬環境是計算機生成的具有沉浸感的模擬環
境(如飛機駕駛艙、操作現場等環境)，它對參與者生
成諸如視覺、聽覺、觸覺、味覺等各種感官信息，通過
多種傳感設備使用戶“沉浸”到該環境中，實現用戶
與該環境直接進行自然交互，給參與者一種身臨其
境的感覺。因此，虛擬環境是一種新發展的、具有新
含義的一種人機交互系統。虛擬現實技術因此具有
以下幾個重要特征：
1)多感知性。現在人對一般多媒體計算機具有
視覺感知與聽覺感知，人只能看到圖像與聲音。但是
在虛擬現實的環境中，還將具有力覺感知、觸覺感
知、運動感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想
的虛擬現實就是應該具有人所具有的感知功能。
2)沉浸感。它是操作者感到作為主角存在于虛擬
環境中的真實程度。在一個理想的虛擬環境中能達
到使操作者難以分辨真假的程度。
3)實時交互性。交互性是使用者能對環境內物
體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度，例
如，用戶可以用手去直接抓取環境中的物體，這時手
有握著東西的感覺，并可以感覺物體重量，視場中的
物體也隨著手的移動而移動。如在一個真正的虛擬的
煤礦環境中，操作者能感到CH4爆炸所帶來的沖擊與
溫度，能操作這種“真實”環境中的各種設備。
虛擬現實技術的應用前景十分廣闊。它可應用
于建模與仿真、科學計算可視化、設計與規劃、教
育與培訓、遙感、醫學、藝術與娛樂等多個方面。在
以前，虛擬現實主要用在軍事上，如模擬飛機駕
駛，模擬戰爭等，現在已經在很多方面得到使用，
用前景。
3 傳統煤礦安全培訓
根據煤炭法規規定，煤礦職工每隔一段時間就
要進行數天到數十天的安全技術培訓，培訓內容為
作者簡介：張獻忠，男，碩士研究生，講師，研究方向：分布
式技術，虛擬現實。
