无底柱崩落采矿法的MCAI课件的开发.pdf

第 2 2卷第 3期 2 0 0 2 年6月 矿 韭 研 究 与 开 发 MI K I N C R＆ D Vo l 2 2 No 3 20 0 2 文章编号 1 0 0 5 2 7 6 3 【 2 O O 2 O 3 0 O 4 40 3 无底柱崩落采矿法 的 MC A I 课件 的开发 姜谙男， 孙豁然， 郑建明 东北大学 ， 辽宁 沈 阳t t o 0 o 6 摘要 为适应现代化教学手段的发展趋势， 针对传统采矿教学 中的不足 ， 开发 了金属矿 山开采的 M C A I系统 ， 取得 良好的效果。本文以无底枉分段崩落法为倒， 介绍用 3 D S t u d i o Ma x 和 P h o t o s h o p 6 ． 0 进行模拟采矿工艺过程的三维动画制作方法， 厦用 V i s u a l B a s i c 6 ． 0鳊辑 MQ M 系统的步骤。 关键词 无底柱分段崩落法； M C A I 课件体； 开发工具 中图分类号 G 4 3 4 文献标识码 A D e v e l o p me n t o f M C AI Co u r s e w a r e f o r S u Me v e l Ca v i n g J I A N GA n m S U N Ht t o T 锄l Z H E G J ／ a - m／ n g 1N r o l t l l e a s t U n i v e r s i - ，S h e n y a n g ，L i a o n l n g l 1 0 0 0 6 Ab s t r a c t I n o r d e r t o a d a p t t o the d e v e l o p m e n t a l t ren d o f m o d e m t e a c h i n g me t h o d s ma d t o o v e r e o l e【 h e s h o r t ． c o mi n g s o f t r a d i t i o n a l t e a c h i n g i n mi n i n g ．MC A I C o u r s e w a r e w a s d e v e l o p e d f o r mi n i n g o f me t a ll i c d e p o s i t s a n d g o o d s u l ts w a s a c h i e v e d．A c a s e s t e e l y o n s u b l e v e l c a v i n g me t h o d s h o w s h o w t h e 3 D S t u d i o Ma x and t h e P 11 o t o s h o p 6． 0 a r e u s e d t o m k e t h r e e d i me n s i o n a l a n i ma ti o n s s imu l a t i n g t h e t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s o f mi n i ng ．a n d a l s o s h o ws the c o mp i l i n g p roc e d u r e s o f MC A I s y s t e m u s i n g Vi s u a l B a s i c 6． 0． Ke y W o r d ss u bl e v e l c a 4 ng me tho d；MC AI c o l a i e w a a e；De v e l o p me n t t o o l 1 引 言 计算机辅助教学 C o m p u t e r 一． i s t e d I n s t r u c t i o n 简称 C 4 I 是计算 机应 用于教 育领域 的主要方 面。 应用 多媒体技术 编制的 C AI 系统称之 为 MC AI 软 件。由于矿 山生产技术 的复杂性 ， 地下矿床开采 所 布置的井巷错综复杂， 传统 的三视图方法难 以直 观 地表示 出各个巷道之间的空间立体关系。挂图、 幻 灯片及术模等教学手段也与高速发展的科学技术很 不适应。为此， 我们利用3 D S t u d i o M a x ．3 ． 0 制作主要 素材 ， 利用 V i s u a l B a s i c 6 ． 0开发了采矿方法的 M C M 系统， 采用图形界面， 使人机交互能力大为增强。该 系统懿文本、 声音、 图象于一体， 使采矿方法的教学 形象 、 直观 ， 便于理解。极大地提高了教学效率。 2 无底柱分段崩落法简介 无底柱分段崩落法 自 6 0年代中期 在我国开始 使用以来 ， 在金属矿山获得迅速推广 ， 特别是在铁矿 山的应用更为广泛。这种采矿方法， 以分段巷道将 阶段划分为分段后 ， 自上而下地进行分段回采 ， 随着 矿石的放 出， 采空 区随即被覆盖岩石所充填。它 的 特点是分段下部没有漏斗放矿的底柱。在回采巷道 内开凿上向扇形炮孔， 以小 的落矿步距 向充满废石 的崩落区挤压落矿 ， 崩落的矿石 自回采巷道端部直 接用装运设备运至溜井。 同有底柱分段崩落法比较， 分段下部不设由专 门出矿巷道所构成的底部结构， 分段的凿岩、 崩矿和 出矿等工作均在回采巷道中进行， 因此， 大大简化了 采场结构， 给使用无轨自行设备创造了有利条件， 并 可保证工人在安全条件下作业 。 3 多媒体开发工具与多媒体素材 3 ． 1 多媒体开发工具 3 D S t u d i o M a x 系列版本是 A u t o D e s k 公司推出的 收稿 日期 2 0 0 1 一I 1 2 4 作者简卉 姜谙男 1 9 7 1 一 ， 男， 山东烟台 硕士研究生， 主要 事采矿系统工程研究 维普资讯 第 3 期 姜谙 男等无底柱崩落采矿法的 M C M 课 件的开发 4 5 一 个三维动 画设计软件 。集众家之 长的 3 D S t u d i o M a x 一经推出， 其强大 的功能立即使它成 为微机 三 维动画设汁的首选软件， 用它来进行采矿三维动画 素材的制作是十分理想的。但是 3 D x对于计算 机配置有较高的要求 ， 操作也比较复杂。 V i s u a l B a s i c 6 ． 0是 Mi c r o s o f t 公 司推 出 的基 于 Wi n d m 9 8或 Wi n d o w s N T操作 系统 下 的开 发工 具 。 V i s u a l B a s i c 6 ． 0 功能强大， 支持 R A D模式开发， 尤其适 台多媒体的开发 P h o t o s h o p 是 A d o b e 公 司的专业级图像处理软件， 现 已达到 6 ． 0版 ， 以其强大 的功能享有盛誉 。 3 ． 2 多媒体素材 多媒体素材就是多媒体软件中用到的各种听觉 和视觉材料。具体又可分为数字 、 文字 、 图象 、 图形 、 动画、 响声、 语音、 效果音和影象。从素材库光盘中 可以得到大多数 的普通索材。在 设计本 C A [ 课件 时 ， 最重要 、 工作量最大的部分就是用 3 D M A X做成 各场景的三维动画并生成影象文件 ， 即 a Y i 文件， 以 此作为 MC A I 中极富感染力 的素材。 4 三维动画的制作 本 C A I 课件的关键是三维动画的制作， 其中的 贴图由 P h o to s h ,,t 6 ． 0 来完成。无底柱分段崩落法的 三维动画制作过程分为三个步骤 创建基本造型体； 制作动画效果； 渲染与视频合成。 4 ． 1 创建基本造型体 1 基本巷道创建。以三块立方体 B o X 分别 作为巷道左 右两侧 的墙和 底； 创 建一个 圆圈 C i r - c l e ， 直径为底部立方体宽度减去厚度的值； 只取圆 的上半部分， 用 O u t l i n e 命令使其厚度与立方体相 同； 创建与立方体长度相同的一条直线， 以半圆为截 面放样 ， 形成巷道的拱顶； 至此所形成的巷道是分段 巷道的一节； 重复以上步骤 ， 制作 出回采巷道。使回 采巷道位于分段巷道垂直平分线上， 并在其一侧， 进 分段巷道， 使用 Boo l e 运算技术， 借助于另外创建 的适当的 B o x ， 切除 回采巷道与分段巷道相交会 的 部分。 2 溜井与设备井的基本造型体创建。用四块 立方体 Box 围住 其中， 设备井靠向联络道的部分 可以分成若干块来围住， 能避免进行 Bod e 运算 。 溜井要建立卸矿硐室， 设备井要建立联络巷道 ， 这两 部分都与分段巷道直接相连， 需要做 Boo l e 运算来 切除 方法同上 。 3 正在掘进进路的矿体的创建。这部分矿体 在巷道内存在的部分去除前半 截 ， 后半截按照采矿 手册的规 格与样 式要 求布置炮 L 用 1 ％o l e 运算形 成 。具体制作时 ， 只制作一个巷道范围的矿体， 其 余用阵列复制 A r r a y 即可。这部分作为最底层分 段部分的矿体 。 4 正在 回采的矿体 的创建。巷道 内的矿体要 用 Boo l e 运算清除。按照 金属矿床地下开采 一书 中的图示 ， 用 P h o t o s h o p 贴图， 制作 了一个凿岩台车， 用以显示该分段正在进行 回采工作。这部分矿体可 作为第二、 三分段的矿体 。 5 崩落后的场景的创建。场景要表现巷道内 堆有崩落的矿石 ， 铲运机正在 工作。巷道 内的部分 要清除， 巷道外的形状要呈菱形 既可以用 Bod e 运 算， 也可以用多个造型体的组合来实现 ， 崩落的部 分连同巷道都要相应清除 用 Bode 运算实现 。当 然， 同样可 以用 阵列 复制 A r r a y 的方 法来简 化工 作。这部分矿体可以作为第一分段的矿体。 4 2 动画效果制作 动画效果的制作有两种方法 一种是造型体本 身的形状、 位置等参数发生变化 ， 产生动画的效果 ； 另一种是造型体本身不发生任何变化， 而人的位置 摄象机位置或镜头参数 发生变化导致视觉上的物 体位置偏移 实质上是 坐标系本 身发生变化 ， 从而 产生动画的效果。 这里采用后一种方法 ， 即通过 3 DⅦ 的摄象 机的移动访问上述各造型体来表现采矿工作的场 景。在造型体的创建过程中， 可能因为制作的需要 安排了一些灯光， 但这里还是有必要重新布置一遍， 主要是考虑应当使各个部分的亮度不要有太大的区 别， 整体效果应当趋于一致。本方案最终采用9 个 摄象机分别经过设计的造型体， 来进行录制工作， 以 表现全面的场景。摄象机均从第 D 帧开始， 其结束 帧值和路径的具体安排如附表所示 4 ． 3 渲染与视频台成 分成 9个摄象机之后， 渲染工作就相对简单容 易一些了。在计算机条件允许的情况下， 可以同时 打开若干个 3 DM A X窗 口 只有在 Wi n d o w N T系列 的操作系统或 Wi n d o w s 2 0 0 0上才可以多窗 口操作， Wi n d o w 9 8 ／ 9 5则只能打 开一个 窗 口 ， 同时进 行渲 染 ， 大大加快 了工作进程。最后渲染完成之后 ， 形成 多个 丑 v i 视频文件。可 以在最终 的 MC A I 系统 中用 代码进行连续播放 的控制。也可利用 V i d e o P o s t ， 将 维普资讯 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 2卷 所有的文件台成为一个视频文件。从效果上来看 、 后者的视频连续性要好～些。这些 ．d v i 格式的视频 文件就是本 MC A I 系统的主要素材。 附表摄 象机 的帧值及路径安排 l刊 摄象桃 鲒 值路径事件描进 5 V B程序设计 无底柱崩落法采矿 的 MC A I 课件是由东北大学 矿业信息决 策与支持 中心研制 的“ 金 属矿 山开 采 M C M系统” 的一部分。用 V i s u a l B a i s e 6 0作为开发 平台， 开发步骤大致为 1 系统分析并进行稿奉设计 ， 确定软件总体 结构； 2 素材的采集和处理 ， 将 素材 与软件的控制 界面建立关联； 3 设计 出软件每一等级的人 机交互界面 ， 方 法是利用工具箱中的工具在窗 口中绘制应用程序的 用户 界面 ； 4 设置对象的属性 ， 在属性窗 口中为图形用 户界面中的各种控制对象设置初始属性值 如字体， 颜色等 ； 5 编写程序代码， 即对各控件在一定事件下 的动作进行编程； 6 对软件进行运行、 调试和修改 ； 7 若试运行通过， 将其编译生成可执行文件； 8 添加帮助文件， 制成安装盘。 金属矿床地下开采计算机演示系统采用的是全 图形操作方式 ， 在实际使用时 ， 分辨率要调节到 8 0 0 6 0 0以上才 可 以看到 全 部 图形 界 面 建议 使用 1 0 2 47 6 8的分辨率 。该系统 以文本 、 图片和声音 方式进行内容讲解 ， 点击有关的“ 演示” 按钮 ， 调用制 作的视频文件， 即可进 行相应的三维动画演示。在 V B中， 文中和图片分别通过 T e x t B o x 控件和 P i c tu r e B 控件来实现。通过利用 V is u a l B a s i c 6 ． 0 提供的 多媒体控件 ， 可以很方便 的实现 M C I的声音和视 频。实现三维动画视频文件的调用与播放控制的代 码， 对于整个系统有着至关重要的作用， 代码初始化 部分如下 MM C o n t ml 】 ． D e v i e e T 3 q a e“ A V I V i d e o ” I 选定 播放文件格式为 A V I MM C o n t rol 】 ． h Wn d D i s p l a y P i e 4 ． h Wn d 2 选定 P i e 4 为播放器 MM C o n t ml 1 ． C o m m a n d“ o p e n ” ’ 3打开设备 ， 待命 视频播放控制的一些代码如下 N MC o n t m l 1 ． C o r t l a n d “ D l a v ” ’ 播放 MM C o n t ml 1 ． C o i n r n a n d “ p a u s e ” ’ 暂停 MM C o n t ml 1 ． C o n a n d “ s t e p ” ’ 前翻 M MC o n t ml 1 ． C o i n r n a n d “ b a c k ” ’ 后 翻 IV I NC o n t ml 1 ． C o l I r n a n d “ p r e y “ ’ 重新播放 MMC o n t ml 1 ． C o n m l a n d‘ ‘ p l a y ” 6 结 论 采用上述 方法 开发 了金 属矿 山开 采 M C A I 系 统 ， 取得 了很好的教学效果。该 系统具有高度交互 、 信息量大 、 界面友好和操作简单 的特点 当然 ， 因为 三维动画的制作需要兼备熟练的采矿学知识和一定 的美术功底 ， 以及 3 D MA x本身的操作 比较复杂 ， 在 模拟各种场景的三维动画制作细节上还需要认真研 究和提高。我们相信， 随着计算机技术的不断发展， M C A I 在采矿教学中会占据越来越重要的地位。 参考文献 [ 1 ] 解世俊， 等． 金属矿床地下开采[ M ]北京 冶金工业出版社， 1 9 8 2 9 [ 2 ] 王青， 史雏样， 等． 采矿学[ M ] ． 北京 冶金工业出版杜， 2 0 D 1 ． 1 ． [ 3 ] 朱爱光． 涂从润 ． 等． 多媒体 C M 轻件系统的设计与错作[ M ] ． 北京 电子工业出版杜 ． 9 9 6 6 [ 4 3 雷勇． 等 3 D S t u d ioM a x 3 综台使用[ M ] ． 北京 民邮电tt l 版 社 ． 2 0 0 0 ． I s ] 抖斗书屋． v i s u 脑 k 6 o多媒体实用编程技术[ M ] ； 北京； 中 国水利水电出版社 ． 1 9 9 9 维普资讯