一、矿产资源开采展教系统介绍

1.科学原理

《中华人民共和国矿山安全法》（1993年5月1日实施）第三章第十三条“矿山开采必须具备保障安全生产的条件，执行开采不同矿种的矿山安全规程和行业技术规范。”矿山安全既属于矿山地质学、采矿工程，也是矿山安全学科的重要内容。它既涉及矿床开采阶段为保证矿山有计划持续正常生产、资源合理利用以及扩大矿山规模、延长服务年限所需进行的各项地质工作的基本原理和方法。也涉及矿山开采涉及的地下及露天开采事故、矿井突水、矿山机械伤害、爆破事故、高坠事故、炮烟中毒、矿山电气火灾、矿山通风、噪声、尾矿库安全以及矿山地质环境治理等。

2.功能描述

综合集成多媒体影像嵌入技术、多点触摸交互技术等，研发矿上安全知识子系统和矿山安全放映厅子系统，形成矿山安全展教系统，全面展示矿山开采的方式、方法和开采过程，演示露天开采引发的边坡失稳、坠石灾害、地下开采引发的片帮、冒顶、瓦斯突出爆炸和透水事故以及尾矿库的堆积和溃决的机理和暴发过程。

3.外观及设备

通过现代展示技术，为受众提供多种互动方式，比如亲自动手、触屏等，最终达到提高矿山知识的目的。包括矿产资源类型、矿山安全事故分类、露天采场的基本组成要素、露天矿开拓方式、露天采矿工艺、露天矿山的主要安全问题与预防措施、地下矿山冒顶片帮事故及原因。

二、崩（塌）、滑（坡）、（泥石）流展教系统

1.科学原理

崩塌是指陡坡上的岩体或者土体在重力作用下突然脱离山体发生崩落、滚动，堆积在坡脚或沟谷的地质现象。滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素的影响，在重力的作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体地或分散地顺坡向下滑动的地质现象。由暴雨、冰雪融水或库塘溃坝等水源激发，使山坡或沟谷中的固体堆积物混杂在水中沿山坡或沟谷向下游快速流动，并在山坡坡脚或出山口的地方堆积下来，就形成了泥石流。

2.功能描述

通过综合嵌套集成多媒体技术、全息幻影成像技术、虚拟现实技术等高尖端的影像呈现技术，研发设计崩、滑、流地质灾害展教系统，实现崩塌、滑坡、泥石流的发生机理、灾害过程和危害的模拟演示功能、学习教育功能和虚拟体验功能。系统的目标是通过人机交互查询、模型展示和动画等方式使受众群体能对崩塌、滑坡、泥石流形成完整性、系统性的认知。并使系统能够吸引受众群体去主动探索和了解崩塌、滑坡、泥石流机理。

3.外观及设备

在展示过程中通过观众互动的方式可以提高观众对地质灾害内容演示的关注度，使观众乐于去了解地质灾害现象。

利用OculusVR或htc VIVE虚拟现实头盔体验崩滑流地质灾害暴发与危害。htc VIVE本来是一款为电子游戏设计的头戴式显示器，体验者通过配戴虚拟现实头盔观看事先制作好的三维演示动画场景，能够产生强烈的沉浸感，实现对虚拟场景的亲身体验感觉。本次崩滑流展教系统引入该技术，体验人可以很好的代入地质灾害暴发场景，亲身经历崩滑流地质灾害形成与破坏的全过程。

虚拟现实Oculus Rift或htc VIVE系统：

头戴显示器具有两个目镜，Vive配备了两块分辨率为1200 X 1080的显示屏，最高支持90fps刷新率，360度全景视角和4.5m x 4.5m的位置追踪。制作了两个场景分别为坍塌灾害三维场景和地震后三维体验场景。可通过手部手柄进行位移操作。

三、土地动态演变展教系统

1.科学原理

传播与展示1：土地时空轴。土地是地球表面上由土壤、岩石、气候、水文、地貌、植被等组成的自然综合体，它包括人类过去和现在的活动结果。传播与展示2：土地类型国家标准。《土地利用现状分类》国家标准采用一级、二级两个层次的分类体系，共分12个一级类、57个二级类。其中12个一级地类包括：耕地、园地、林地、草地、商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他土地。传播与展示3：土地破坏、损毁知识体系。展示土地的破坏、损毁主要从土地沙漠化、土地塌陷和土地污染三个方面展示。

2.功能描述

基于3S技术和地图信息资料，借助增强现实技术（Augmented Reality）、虚拟现实技术（Virtual Reality）、多点触摸和全息投影沙盘等前沿技术，通过土地图件、实时3D影象生成技术开发设计多媒体和机电一体化相结合的城市扩张展教子系统和土地变迁展教子系统，形成土地动态演变展教系统，综合展示不同时期城市扩展变迁过程、土地破坏和损毁机理、耕地减少后果、后备土地数量和质量水平危机程度，将土地国情、节约用地和耕地红线不能突破的基本国策直观形象地植入国民基本素养中。

3.外观及设备

土地动态演变展教系统主要从土地利用类型、城市扩张和土地破坏来展示土地动态演变的机理、形式和过程。其中土地利用类型主要展示土地利用的形成、特点和类型组成；城市扩张展示土地利用的动态变化过程，以及土地利用动态变化的驱动力和表现形式；土地破坏主要展示土地的破坏的类型、产生的原因及危害。从土地利用类型、类型转化和土地损毁三个方面构建土地动态演变展教系统知识体系，其后，利用相应的技术手段实现。主要通过虚拟现实技术、增强现实和全息投影技术向公众传播和展示土地利用类型国家标准，普及公众依法利用土地和管护土地的基本土地知识基础。

增强现实三维展示系统：

使用全新的unity 5 AR SDK进行开发，从底层重新编写了代码，增强了本地目标识别的稳定性和效率。除开发windows版外还开发了安卓版增强现实app，可流畅运行于安卓手机终端。多目标识别与跟踪，无需定义特殊的识别符号，可做到普通图片文字特征点自动识别。