虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)是近十多年来发展起来的高新技术，被称为二十一世纪对人类有巨大影响的十大高新技术之一。目前，已被广泛的应用到军事、航天、建筑、医疗、娱乐等领域，在国外，在煤炭领域也得到一定程度的应用，但在国内它在煤炭领域的应用却刚刚起步。虚拟现实技术是以计算机图形学、图像处理和模式识别、智能接口技术、人工智能、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理和高性能计算为基础的非常复杂的技术系统，如果没有有效的应用开发工具，这项技术的应用是难以想象的。矿山是一个真三维地理／地质环境，所有的煤矿生产均是在地下进行的，要真正实现数字矿山，那也应是真三维的，即必须以三维地质体和巷道模拟为基础。煤矿虚拟现实系统是利用VR软硬件设备，根据煤矿地层数据、巷道数据、钻孔数据和图像数据模拟出包括煤矿各种自然实体和人工实体在内的三维空间，使用户在其中可以自然地与各种虚拟实体进行交互。本文将虚拟现实技术与相对传统的煤炭行业相结合，对煤矿虚拟现实系统的三维数据模型和相关技术进行了研究，基本开发出煤矿虚拟现实系统的原型系统，为我国煤炭行业信息化建设进行了尝试。本文的主要研究内容如下： (1) 分析了国内外煤矿虚拟现实系统的研究现状，指出了目前的研究存在的主要问题，并提出了相应的对策； (2) 利用小型航摄数码相机进行了近景和低空摄影测量试验，实现了大比例尺测图的全数字摄影测量，有望成为矿区大比例尺测图和地表数字高程模型的主要数据获取方式。 (3) 提出了一种基于顶点组删除同时考虑特征线和三角形形态比最大的三角网模型简化方法，并设计了相应的算法，实现了基于TIN模型的实时连续多分辨率绘制。 (4) 系统研究了各种三维地质体的建模方法，提出了一种基于多层TIN生成煤矿地质体的三维数据模型，并设计了相应的数据结构，给出了多层TIN生成煤矿三维地质体的算法步骤，实现了煤矿地质体的三维模拟。同时对复杂地质构造的处理进行了研究，实现了地质体沿任意层面剖切。 (5) 仿照信息系统中弧段节点的数据结构，将巷道分为巷道体和巷道节点，利用三维矢量的表面模型(线框模型)建立了巷道体和巷道节点的三维模型，并设计了相应的数据结构。 (6) 对煤矿虚拟现实系统进行了总体设计。针对我国矿山计算机应用的实际水平和煤层开采条件，将系统定位于：从底层开发基于PC机的，具有三维建模功能的桌面式煤矿虚拟现实系统。整个系统由四大模块组成：数据库管理、巷道控制、煤层DEM控制和视图。