Point [6] : Tpoint ; // 组成ATP 的6 个顶点

    　UpTri ,DownTri : Triangle ;// 组成ATP 的上、下TIN

    　SideTri [6] : TsideTriangle ; // 组成ATP 的6个侧面三角形

    　NeighbourPsm[5] :Array of integer ; // 相邻的5 个ATP 标识号

      End ;

    2. 3 　ATP 构模方法实验示例

    作者对ATP 法进行初步程序实现,并用一组实验钻孔数据进行了3DGM 与可视化。钻孔数据库由以下字段组成:钻孔号、岩层编号、岩层倾角、岩层方位角、岩层名称、岩性描述、岩层厚度、岩层界面坐标。图2 为从钻孔数据库里提取地层层面数据、运用ATP 法自动生成的3D 地质模型。

图2 　基于ATP 生成的真3 维地质模型

    3 　VR技术在矿山工程中的应用

    VR 技术在矿业领域较早得到应用,目前的研究主要集中在利用现有的VR 平台进行VMS 开发,在矿山风险评估、事故模拟与调查、职业教育与技术培训等方面取得长足进展。

    3. 1 　矿山生产环境的风险评价

    在矿山安全监察中对矿山环境中潜在的灾害事故进行有效的预测与分析是保障安全生产的主要途径。风险评价已成为现代矿山生产管理日常工作的一部分。英国诺丁汉大学AIMS Solutions公司已经开发出一系列矿山VR 模型,如露天矿单斗2卡车作业系统、矿井开采系统模拟模型等。

    通过应用VR 技术辅助识别和评价对象(如设备、人员) 的风险状况,从而得出更客观的风险评价。

    这种VR 计算机系统可动态地进行生产环境的风险分析。采矿设备周围的风险区域是动态的,它依据当前时刻虚拟环境中所处的状态对回采工作的多个工序如割煤、支架前移等进行风险评价。以风险标度即不同颜色的立体框表征风险的大小,如绿色表征低风险、黄色为中等风险、红色则为高风险[4～6] 。矿山VR 模型为用户提供了一种强有力的观测矿山风险环境的方法,风险标度可以放置在环境中的任何位置甚至是附着在移动的物体上,从而实现矿山风险发育过程的可视化。

    3. 2 　事故模拟与调查分析

    矿山事故预防的关键在于创造并维护安全的工作环境、宣传并执行安全的作业行为,从而防止错误行为的发生。应用VR 可以快速、有效地在计算机屏幕上再现事故发生的过程。因而事故调查者可以从各种角度去观测、分析事故发生过程,从而找出事故发生的原因并采取预防措施,防止类似事故的再次发生。

    图3 为通过VR 技术再现的井下矿车事故发生的情景 。通过交互式改变该模型中的环境参数来模拟再现事故过程,可以找到避免类似事故发生的技术途径和工人安全注意事项。

图3 　应用VR 进行矿车事故的调查与再现

    3. 3 　生产过程的动态模拟与技术培训

    VR 创造出的矿山生产环境具有逼真、交互作用的特点。因此,应用VR 技术制作出的软件或录像,可以直观模拟采矿环境及其作业过程,适于矿山职业教育与岗位培训。

    应用VR 技术开发的房柱式开采的模拟系统VR2MINE[2] ,不仅以三维的形式动态地显示出矿井作业环境,而且可进行生产作业过程的系统模拟。该系统在南非的一个金矿用于培训井下工人识别矿井开采危害及岩石冒落事故的发生。系统所建立的三维环境是该矿最忙碌且事故频发的工作面,其危害主要来自岩体冒落和设备运行。一旦训练者进入虚拟环境中的某个危险区,而又未作出正确的反应时(系统在屏幕底部显示出一系列图标来表征不同的反应) ,系统就会以图像和声音形式模拟出这种灾害的动态发展过程。同时记录每个训练者的成绩,以供评价和比较。南非金矿的应用表明,矿工通过这种训练,不仅强化了安全意识,也增强了事故识别能力,达到了减小矿山灾害发生及其危害程度的目的 。

    4 　VR技术在煤矿防灭火中的应用

    煤矿火灾的发生具有一定的突发性,其发展又具有一定的连续性,对矿井设备具有极大的破坏性,对井下工作人员甚至是部分地面工作人员的安全均有很大的威胁。煤矿火灾事故的这些特点,使得灾害发生后,井下工作人员的自救、互救以及井上救灾指挥员的指挥和救护队员的救护工作显得尤为重要。如何有效地防止这些灾害事故的发生,如何保证灾害发生后能及时有效地发现并控制灾害,以及如何在灾害发生后组织灾害现场人员有效地撤离现场或让处于现场的人员懂得如何采取自救措施,是当前摆在矿山火灾救护人员面前的紧迫任务。

    研究矿井火灾害防治的VR 系统,首先要解决2 个关键技术:一个是灾害的数值模拟;另一个是灾害现象的真实描述。其中第2 个问题的基础数据来自于第1 个问题的计算结果,第1 个问题是用数值模拟方法将矿井火灾时期温度场及烟流场分布情况表现出来。如何将火灾时期火灾现象及烟流流动形态用可视化的方式表现出来是矿井灾害防治VR 系统的基础,也是技术难点。

    目前软件采用多种算法模拟火焰,如基于细胞自动机的火焰模型、基于扩散过程的火焰模型及基于粒子系统算法模型等。上述方法基本上是一种简单的形态表现,仅是让观察者看到出火焰或烟流形态,而不是与现实世界实际的火焰或烟流流动相匹配,即无法将第1 个问题计算得出的数值模拟结果与这些软件联系起来。现实煤矿中火灾的火焰、烟流流动的形态是多种多样的,随风流、障碍物的不同而呈不同的流动形态,其具体形态应来自数值模拟结果,而不是预先设定的简单的形态。