虚拟现实（VR）存在着非常精确和正式的定义。在Virtual Reality Treatise中定义VR为：“虚拟现实是一个科学技术领域，它利用计算机科学和行为界面，在虚拟世界中模拟3D实体之间实时交互的行为，让一个或多个用户通过感知运动通道以一种伪自然的方式沉浸于此。”

　　增强现实（AR）的目标是通过添加与真实环境相关的数字信息来丰富对该环境的感知和认知。这些信息通常是视觉，有时是听觉，少部分是触觉。

　　尽管VR和AR共享算法和技术，但它们之间却有着明显的区别。两者主要的区别是在VR中执行的任务仍然是虚拟的，而在AR中它们是真实的。例如，你驾驶的虚拟飞机从未真正起飞，因此在现实世界中从未产生二氧化碳，但使用AR的电工可能会穿过石膏隔板安装一个真正的开关，可以打开或关闭一盏真正的灯。

　　在煤炭领域，AR 技术的应用还处于初级阶段，与该技术在数字化工厂、医学、建筑学等领域的应用相比还存在较大差距。将AR 技术引入煤矿智能化建设并与现有VR 技术相结合，发挥各自优势，可形成AR/VR 技术深度融合的透明化综采工作面智能监控体系。

　　近日，太原理工大学王学文教授团队联合太重煤机科研人员以VR 监控技术及科研成果为基础，以AR技术在综采工作面智能监控中的应用为研究重心，以HoloLens2 为主要开发平台，从实际需求出发，构建了AR/VR 融合驱动的综采工作面智能监控技术架构，并提出了架构的三种关键技术。成果于9月23日以《AR/VR融合驱动的综采工作面智能监控关键技术研究与试验》为题（点击查看）在《煤炭学报》进行了网络首发，谢嘉成副教授为论文通讯作者。

　　研究提出，在AR/VR 融合驱动的综采工作面智能监控中，AR 与VR 技术的融合主要体现在VR 技术对AR 技术的支撑、AR 技术对VR 技术的补充、AR 与VR 技术的巧妙集成三个层面。

　　综采工作面AR/VR 监控技术融合原理框架

　　AR/VR 融合驱动的综采工作面智能监控技术架构

　　研究将AR/VR 融合驱动的综采工作面智能监控技术架构分为四个层级：云服务器层、设备层、应用层与辅助技术层。层级的联系主要集中在云服务器层与设备层之间以及设备层内部。隶属于设备层的AR终端为了完成全综采装备的识别跟踪，需将其捕获的视觉信息与云服务器层中的数据库数据进行匹配；基于多传感器的综采装备位姿测量以及对综采工作面的AR远程反向控制依赖于AR终端、云服务器层中云处理模块、物理综采装备三者间的交互。

　　系统可在四个层级的作用下实现AR移动/头戴终端对全综采装备的识别跟踪，在此基础上完成AR/VR技术融合下的综采工作面监测与控制。

　　目标识别跟踪是AR 的核心技术之一，也是联系虚拟与真实世界的基础环节。综采工作面区域广、装备多，实现对采煤机、刮板输送机、液压支架等综采装备的监控必须以准确区分目标对象为前提。针对综采工作面的特点，研究采取了基于AR 标识与稀疏匹配融合的目标识别跟踪方法，实现对综采装备的识别跟踪。

　　稀疏匹配识别跟踪流程

　　近年来，数字孪生技术日趋成为智能制造的源动力之一，在本研究中，王学文等基于配置有多传感器的物理综采装备+云服务器+AR 数字综采装备的数据传输链，搭建了虚实融合数字孪生数据通道，AR/VR 融合闭环监控即在该通道下实现。

　　“虚实融合”数字孪生数据通道架构

　　在实验室环境下展开测试验证，试验表明，系统数据传输压力小，延迟低，操作流畅无卡顿，在保留VR 监控已有优势的基础上进一步提升了沉浸感、便捷性与虚实融合程度，具备单人或多人协作监测综采工作面运行状态并进行反向控制的能力。

　　最后，研究人员指出，AR监控井下应用的主要问题为：市面上还没有符合井下防爆安全标准的AR设备，无法达到下井要求。因此在实际综采工作面环境下完成对AR/VR融合监控验证试验的条件尚不成熟。未来希望通过产学研合作与协同攻关方式，设计可为AR设备提供防爆功能的装置及结构，力求尽快使AR设备达到安全要求并实现井下应用。

　　这项研究得到了国家自然科学基金、山西省重点研发计划、山西省“1331 工程”资助项目的资金支持。