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（沈阳远大铝业工程有限公司 110003）
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2014）04-0142-01
摘 要： 本文主要分析采矿工程实验室的教学问题,阐述虚拟现实技术的价值、涵义,探讨三维可视化技术的基本功能.
关键词：三维可视化 采矿工程 虚拟实验室
一、采矿工程的实验教学问题
因为采矿工程学生人数较多,而实验课时较少,增加了实验教学压力,加上传统建设模式,采矿工程实验室设备、仪器,属于真实可见性,增加了实验室的资金投入.对于建设资金紧张状况下,许多问题也逐渐显现：
首先,投资大.采矿工程实验室是理工科必备教学设施,其建设论文范文大约为百万至千万,对于经济不发达区域,是一个巨大负担.
其次,效率低.购置实验设备时,是根据预先设计的实验内容、实验项目确定,因功能较为单一,一台涉笔通常仅可支持一个实验,限制了实验人数,在做实验之前,还需专人实施实验准备.
第三,运行成本较高.因实验具有消耗性特点,主要包含设备损坏、设备损毁、物质消耗、能源消耗等.对于教学实验,通常是根据教学计划实施,两次实验间隔期间,实验设备大多处于闲置状态,占用实验室空间,需专人实施日常保养、维护.
第四,实验结果的可控性较差.进行真实实验时,由于操作水平与程序、实验条件与实验准备等因素影响,不能保证每次实验均可达到预期效果,一般需重复实验.
第五,教学效果受到限制.因实验现象的瞬时性特点,在观察实验现象时,因客观条件约束,若不集中注意力,则很难观察预期实验现象.因运行成本较高,通常情况下,多次实验、重复实验受到某种约束,学生不可能按照自身特长、兴趣,设计相关实验探索,进而对实际教学效果造成影响,不利于培养学生的创新精神、探索惊声.
二、采矿工程实验教学的特点与虚拟现实技术
首先,采矿工程教学特点.对于采矿工程而言,作为一门实践性强、专业性高的学科,工程技术人员、教师需具备较强想象力,具备绘图、识图及读图能力,同时还需具备丰富工程经验.对于采矿专业学生,大多为初次接触矿图,难以清晰矿工程布置流程、空间关系.对于工程技术人员而言,即使具备一定工程经验,对于井下巷道系统,也难以建立空间布置关系,进而极大影响了学生学习的主动性、兴趣.传统实验室建设主要为电教室、模型测绘室与模型展示室,在此基础上,难以进行综合性、探索性、研究性、设计性的实验,不利于培养创新型、探索性人才.
其次,虚拟现实技术教育价值.采用虚拟现实技术,即对环境、条件的真实模拟,可控性极高,具有感知一体化特点,学生可感到身临其境之感,是真实感知与虚拟的交互,支持开展实验研究与训练活动.其一,在现代教学中,采用虚拟现实技术,与现代学习理论相符合,为学生学习活动创造一个全新平台,深入贯彻了各种学习理念与学习理论,融合了多种学习理论；其二,采用虚拟现实技术,有效缓解传统实验教学的设备、经费问题,为综合性实验、研究性实验与设计性实验创造优良条件.尤其虚拟现实技术对现实进行模拟,一般实验教学环境难以实现,无法显现实际事物,尤其对于危险性实验,例如灾害事故、瓦斯爆炸、突水等模拟实验,可提供安全的实验保障；其三,有利于深化、开拓新型教学模式.由教学角度而言,在教学活动中,采用虚拟现实技术,具有灵活便捷、丰富教学资源的操作系统,为现代教学模式、传统教学模式提供了优质环境支持,为教学模式创新提供支撑,有利于培养学生的实践能力、创造性思维；其四,降低实验设备投入,提高实验效率,降低运行成本.虚拟现实技术基于网络平台,随着个人计算机逐渐普及,投入方式为软性投入,可及时缓解学生压力,达到课程门类需求,确保教学活动顺利开展,与教学需求变化具有较好适应性,防止社会资源浪费,极大提升实验设备利用率,提高实验室的开放能力；其五,解决传统实验教学的可控性问题.采用虚拟现实技术,注重真实现象再现,通过计算机图像,可回放实验的各种实验现象,有利于学生观察实验现象,分析相关规律,提升学生的实验认知能力.
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三、采矿工程三维可视化虚拟实验室的功能
虚拟实验室是依托三维可视化技术,构建数字采矿模型,作为崭新实验方法,其实验内容不受实验材料、仪器、设备等限制,使实验内容的增加与更新更为快捷,有效解决了实验经费问题.同时,数字采矿模型有机结合校园网络,打破实验开设时间、空间限制,有效提升实验室开放程度,拓展了学生的实验范围,为学生提供更多实验机会.所以,虚拟实验室具备如下功能：
首先,巷道造型.对于地下采矿巷道,可划分为回采、采取、开拓等巷道类型,按照不同类型工程、不同巷道参数,实施三维实体造型,通过空间位置关系,建立整个地下采矿系统.
其次,图形绘制.对于地下采矿工程,划分为采准切割与开拓系统,处于任一制定范围,可以以集成方式、分类方式显示,缩放、平移与旋转均可实时交互,学生可多角度观察工程布置关系,对矿井巷道系统提供三维设计功能.
第三,矿井安全管理的可视化.矿井依托可视化模型,构建安全管理系统,有效集成了避灾系统、人员定位与瓦斯监测,通过实验数据,对矿井安全情况进行可视化分析,使学生可深入理解矿井安全管理知识,采用视频、动画等技术,有效激发学生的学习积极性.
第四,网络功能、数据处理功能与集成接口功能.通过网络技术和数据库技术,与矿山设计与生产实际状况,构建安全管理与采矿工程数据库,为学生的矿井设计提供相关数据信息,有利于开展设计性实验、综合性实验与创新性实验.
四、结束语
综上所述,采矿工程实验室建设存在投资大、运行成本较高、实验结果的可控性较差、教学效果受到限制等问题,采用三维可视化技术,为学生学习活动创造一个全新平台,有效缓解传统实验教学的设备、经费问题,有利于深化、开拓新兴教学模式,降低实验设备投入,提高实验效率,降低运行成本.构建采矿工程三维可视化虚拟实验室,具备巷道造型、图形绘制、矿井安全管理可视化、网络功能、数据处理功能与集成接口等功能,有利于学生的创新性与设计性实验.
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工业2实验版采矿机引用文献:
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