土木工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技巧

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)集成性極高的高新信息技術(shù)，本文通過(guò)對(duì)VR技術(shù)的討論分析了VR技術(shù)土木工程中的應(yīng)用，指出VR技術(shù)必將在土木工程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)土木工程可視化計(jì)算一、引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)和基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的加入，建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模越來(lái)越大、HYPERLINK"/Constructure/Index.html"結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜，對(duì)土木工程學(xué)科管理的科學(xué)性、精確性要求越來(lái)越高。實(shí)現(xiàn)土木工程的信息化、智能化、可視化和集成化成為土木HYPERLINK"/Article/Index.html"建筑工程項(xiàng)目管理現(xiàn)代化的要求和本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，VR）是綜合性與集成性極強(qiáng)的高新技術(shù)，在軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)、HYPERLINK"/Construction/LandYishu/Index.html"藝術(shù)、娛樂(lè)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。土木工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及土木工程領(lǐng)域的各個(gè)學(xué)科，已顯示出一定的實(shí)用性，技術(shù)潛力十分巨大，應(yīng)用前景非常廣闊[1].二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又稱(chēng)靈境技術(shù)，是20世紀(jì)末興起的一門(mén)嶄新的綜合性信息技術(shù)。它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支，大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。VR技術(shù)是把抽象、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)化為直觀的、用戶(hù)熟悉的事物。它的技術(shù)實(shí)質(zhì)在于提供一種高級(jí)的人機(jī)接口。利用VR技術(shù)所產(chǎn)生的局部世界是人造和虛構(gòu)的，并非是真實(shí)的，但當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入這一局部世界時(shí)，在感覺(jué)上與現(xiàn)實(shí)世界卻是基本相同的。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了人與計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動(dòng)的現(xiàn)狀，給用戶(hù)提供了一個(gè)趨于人性化的虛擬信息空間。它以模擬方式為使用者創(chuàng)造了一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維圖像世界，在視、聽(tīng)、觸、嗅等感知行為的逼真體驗(yàn)中，使參與者可直接參與和探索虛擬對(duì)象所處環(huán)境的作用和變化，仿佛置身于現(xiàn)實(shí)世界中。一個(gè)身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理與模式識(shí)別、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感器技術(shù)、語(yǔ)音處理與音像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等不同功能、不同層次的具有相當(dāng)規(guī)模的子系統(tǒng)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境。所以，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是綜合性極強(qiáng)的高新信息技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備以下三個(gè)方面的特性。1.沉浸性虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)人類(lèi)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的生理心理特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象的相互作用，就如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣，一切感覺(jué)都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺(jué)。2.交互性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤(pán)、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過(guò)特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。使用者通過(guò)自身的語(yǔ)言、身體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作等自然技能，就能對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行考察或操作。3.多感知性由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽(tīng)、觸、動(dòng)覺(jué)的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用前景在土木工程中，長(zhǎng)期以來(lái)人們不得不用抽象的概念表示非常豐富的內(nèi)容，如用平面圖、剖面圖、立面圖等平面圖形成一些規(guī)定的符號(hào)來(lái)表示三維的立體HYPERLINK"/Article/Index.html"建筑，用比較抽象的圖形和精練的語(yǔ)言來(lái)描述復(fù)雜的場(chǎng)景，以傳遞大量的信息。但這一種信息處理與傳遞方式受到信息接受者所從事的職業(yè)、知識(shí)HYPERLINK"/Constructure/Index.html"結(jié)構(gòu)及理解能力的影響，交流起來(lái)非常困難。VR技術(shù)的發(fā)展為我們克服這一困難提供了極其有效的手段。用虛擬現(xiàn)實(shí)既能表示真實(shí)的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實(shí)世界時(shí)，可以突破物理空間和時(shí)間的約束，做到能“超越現(xiàn)實(shí)”；在表示虛擬世界時(shí)，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達(dá)到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進(jìn)出自如、交互作用的三維信息空間”。VR技術(shù)為用戶(hù)提供了一種新型的人機(jī)接口，它利用計(jì)算機(jī)生成交互式三維環(huán)境，不僅使參與者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對(duì)參與者的運(yùn)動(dòng)和操作做出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)。2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用領(lǐng)域由于具有上述的優(yōu)勢(shì)特征，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面[2].奇話（拾1校）在虛腥擬施工奧過(guò)程和碼施工HYPERLINK"/Constructure/Index.html"特結(jié)構(gòu)醉計(jì)算中臭的應(yīng)扯用蜜[3]壁在霉實(shí)際工涂程施工古中，復(fù)火雜結(jié)構(gòu)獅施工方禾案設(shè)計(jì)白和施工橡結(jié)構(gòu)計(jì)卷算是一誓個(gè)難度殺較大的植問(wèn)題，截前者難賀點(diǎn)關(guān)鍵眨就在于躬施工現(xiàn)槽場(chǎng)的結(jié)俊構(gòu)構(gòu)件渾及機(jī)械筒設(shè)備間危的空間泡關(guān)系的居表達(dá)；摩后者在淡于施工搭結(jié)構(gòu)在飄施工狀訂態(tài)和荷色載下的酸變形大常于就位袍以后或除結(jié)構(gòu)成塌型以后壯。敲基有于虛擬季現(xiàn)實(shí)的千復(fù)雜結(jié)組構(gòu)施工吊方案設(shè)扣計(jì)是指霞利用虛息擬現(xiàn)實(shí)壓技術(shù)，蠻在虛擬權(quán)的環(huán)境跟中，建括立周?chē)F(xiàn)場(chǎng)景、沿結(jié)構(gòu)構(gòu)霞件及機(jī)胡械設(shè)備紀(jì)等的三獅維鐮CA協(xié)D運(yùn)模型（覺(jué)虛擬模若型），越形成基澡于計(jì)算漁機(jī)的具騎有一定婚功能的握仿真系愿統(tǒng)，讓桐系統(tǒng)中胸的模型癢具有動(dòng)回態(tài)性能創(chuàng)，并對(duì)弓系統(tǒng)中鋤的模型化進(jìn)行虛茅擬裝配棋，根據(jù)刪虛擬裝繪配的結(jié)姓果，在廊人機(jī)交叨互的可辜視化環(huán)媽境中對(duì)斧施工方狠案進(jìn)行責(zé)修改。章復(fù)雜結(jié)訊構(gòu)施工嗓涉及的扇因素較間多，起室重機(jī)的元布置位勵(lì)置、高守度，纜藥風(fēng)繩著提力點(diǎn)的塑選擇，菊構(gòu)件堆亂場(chǎng)的位樓置，起僻重機(jī)的塊開(kāi)行路亭線，構(gòu)雅件起吊保路線等揭，都是蜜施工方俱案設(shè)計(jì)睛必須考晶慮的問(wèn)香題。若號(hào)對(duì)這些尚問(wèn)題考與慮得不肌夠，則她工程施剃工的進(jìn)浪度、成輕本等都色會(huì)受到按影響，殊甚至導(dǎo)蹤致安全祥事故的箱發(fā)生饒。挽HYPERLINK"/Article/Index.html"城建筑律結(jié)構(gòu)施希工前往篇往要對(duì)午施工方栽案進(jìn)行雨受力狀忌態(tài)復(fù)核壤。如在勢(shì)大跨空槳間結(jié)構(gòu)闖施工中唐，不僅樓要考慮柱施工過(guò)肉程的安濃全性、逃可行性坊，還要閱考慮結(jié)都構(gòu)本身描在施工歷過(guò)程中熊安全性笑、可靠尸性。某袖展覽中蔽心，HYPERLINK"/Constructure/ConGjg/Index.html"足鋼結(jié)構(gòu)勇屋蓋支葛承在鋼駱桅桿上廁，桅桿秀兩端為閣錐形，招與下部HYPERLINK"/Constructure/ConHnt/Index.html"壺混凝土浮結(jié)構(gòu)蒸鉸結(jié)。丟為了減夠小鋼桁那架的變瓶形，更蹄為了維餐持結(jié)構(gòu)噴的穩(wěn)定封，在鋼挖屋蓋桅愧桿和混父凝土之凳間，采島用了一敏系列的申斜拉索避（前索僻、背索曾、穩(wěn)定屬索）和值撐桿，滿形成一銜個(gè)穩(wěn)定術(shù)的結(jié)構(gòu)倆體系。站在HYPERLINK"/Constructure/ConGjg/Index.html"君鋼結(jié)構(gòu)鐵的施工磨中，不且同的支紛撐方案診、不同陽(yáng)的拼接咽方案，辜在結(jié)構(gòu)演的不同欲部位會(huì)柔引起不閱同的效蓬應(yīng)，而確隨著連杏接桿件摔的安裝脅，這些鞠施工階淹段的應(yīng)防力將殘北余在結(jié)爺構(gòu)部位擁上，并柜影響到渴最終的徐結(jié)構(gòu)受斯力安全夸性；并剖在結(jié)構(gòu)瓜就位過(guò)故程中，寇有可能快失穩(wěn)和渴變形。繩這就需尤要進(jìn)行虎施工過(guò)滋程的精脾確分析雁。用虛塵擬現(xiàn)實(shí)肯技術(shù)可催以對(duì)不炕同的方押案，在跌短時(shí)間標(biāo)內(nèi)做大候量的分宿析，從宣而保證傲施工方姜案最優(yōu)員化。辜賺（踐2肢）在工便程項(xiàng)目遷招標(biāo)投商標(biāo)中的脖應(yīng)用換建茄筑業(yè)是丙我國(guó)的摩支柱產(chǎn)奔業(yè)，建礙筑市場(chǎng)冰的過(guò)度裁競(jìng)爭(zhēng)已盒是長(zhǎng)期肅的事實(shí)具。現(xiàn)代前建筑工擠程項(xiàng)目堆的運(yùn)作虎，業(yè)主塌處于絕猴對(duì)有利幣的地位蒼。在有挽限的時(shí)民間內(nèi)，葵如何使準(zhǔn)業(yè)主和窗評(píng)標(biāo)的屢專(zhuān)家很排好地了準(zhǔn)解招投估標(biāo)文件掉的編制屯和被認(rèn)征可的程啊度直接才關(guān)系到赤承包商史有沒(méi)有派中標(biāo)的旺機(jī)會(huì)。豈因此，久承包商巧在注重嫌投標(biāo)文隙件的技步術(shù)可行養(yǎng)、報(bào)價(jià)能合理的消同時(shí)，邀也非常冊(cè)注重投捏標(biāo)文件縮的包裝繪。尤其故是大型僚工程、任國(guó)家重筍點(diǎn)工程悅和國(guó)際碌工程的孤招標(biāo)投母標(biāo)，往果往在項(xiàng)豪目企劃央階段就倡已經(jīng)開(kāi)德始這方撒面的運(yùn)巨作衣[4]屈.申借璃助虛擬勁仿真系踏統(tǒng)，把員不能預(yù)昨演的施喜工過(guò)程育和方法問(wèn)表現(xiàn)出俗來(lái)，不攔僅節(jié)省遵了時(shí)間惰和建設(shè)若投資，章而且不柱用項(xiàng)目催經(jīng)理的渴現(xiàn)場(chǎng)答銹辯，方補(bǔ)案的優(yōu)咸劣就一玩目了然低。這無(wú)炸疑大大東增加了拘承包商休中標(biāo)的刻幾率。崇紀(jì)（際3喜）在可蜂視化計(jì)構(gòu)算領(lǐng)域喜的應(yīng)用求可暖視化計(jì)仇算將是居今后一猜個(gè)重要敢的發(fā)展倘方向。慶在科研當(dāng)中，人疊們會(huì)遇友到大量干數(shù)據(jù)，腐為從中截得出有藝價(jià)值的針規(guī)律和桃結(jié)論，末需要對(duì)貌龐大的踩數(shù)據(jù)量萌進(jìn)行認(rèn)村真分析些。對(duì)科抖學(xué)計(jì)算式取得的龍數(shù)據(jù)進(jìn)捷行可視脂化加工壯或三維豈圖形顯捎示，可唐通過(guò)交依互改變?nèi)畢?shù)來(lái)粥觀察計(jì)水算結(jié)果徹的全貌洗及其變疤化，實(shí)偶現(xiàn)參數(shù)剛化及可護(hù)視化計(jì)毛算，虛原擬現(xiàn)實(shí)社技術(shù)產(chǎn)顏生了飛塞躍式的視發(fā)展。伸在水運(yùn)用有殖限元法悶進(jìn)行結(jié)司構(gòu)分析吊時(shí)，利渠用虛擬膀現(xiàn)實(shí)技怖術(shù)則可緣以通過(guò)貼顏色的球深淺給貴出三維惱物體中燕各點(diǎn)力嶺的大小涌，用不宣同顏色賞表示出助不同的蝶等力面排；也可酬以任意卻變換角書(shū)度，從潔任何點(diǎn)福去觀察予。還可虧以利倚用凱V督R設(shè)的交互泛性能，若實(shí)時(shí)修示改各種注數(shù)據(jù)，層以便對(duì)救各種方筆案及結(jié)帆果進(jìn)行抖比較。左這樣就稻使工程校師的思虎維更加誰(shuí)形象化爆，概念浪更易于抖理解。臂把可視婚化計(jì)算甘技術(shù)應(yīng)廚用于超獎(jiǎng)大型復(fù)辱雜結(jié)構(gòu)包的設(shè)計(jì)防、工程桐控制和銹結(jié)構(gòu)分維析中，廉將增強(qiáng)則計(jì)算軟罰件的前稍后置處左理能力牙。例如嚇，在HYPERLINK"/transportation/transportbridge/Index.html"洽橋梁拿工程控核制和結(jié)烘構(gòu)分析尾的可視楚化計(jì)算車(chē)中，倒啞退（拆角）分析膝結(jié)構(gòu)倒弦拆動(dòng)態(tài)粉演示、述結(jié)構(gòu)理課想施工瞎線型顯朱示、施汁工階段多主梁形嫩心線的聲設(shè)計(jì)曲織線和實(shí)感測(cè)擬合萌曲線的爆顯示、撤前進(jìn)分嚷橋結(jié)構(gòu)界拼裝動(dòng)衣態(tài)演示檢、施工奮預(yù)告圖穩(wěn)形顯示久、主梁籍內(nèi)力圖口顯示、案危險(xiǎn)截乘面應(yīng)力僑分布圖叢顯示等辣等。更夕重要的夕是能借聰助圖形枯或圖像雅來(lái)進(jìn)行那實(shí)時(shí)動(dòng)灑態(tài)地控鏈制結(jié)構(gòu)步的重分龍析和獲絮取施工糞控制數(shù)竟據(jù)，同號(hào)時(shí)能實(shí)友時(shí)動(dòng)態(tài)肉演示和陰控制設(shè)勵(lì)計(jì)和施稼工的過(guò)清程。殊四、芳結(jié)語(yǔ)況虛嗎擬現(xiàn)實(shí)殺技術(shù)在錘不斷發(fā)筒展，專(zhuān)旦用于計(jì)衫算機(jī)圖背形和多熊媒體信淹息處理涼的高性霉能拉DS慌P襪芯片可專(zhuān)使處理謎能力提耳高上百周倍，三或維圖形某算法和貨參數(shù)化光建模算灶法等可曲使虛擬轎現(xiàn)實(shí)技燒術(shù)更加猜成熟。居目前，善虛擬現(xiàn)珍實(shí)技術(shù)葡還有很詳多不完蛋善的地規(guī)方，尤丙其在土約木工程急的研究貪方面，蝕我們應(yīng)剩努力建輩設(shè)虛擬斥現(xiàn)實(shí)技從術(shù)實(shí)驗(yàn)剖室，開(kāi)偉發(fā)有價(jià)舒值的虛障擬現(xiàn)實(shí)皂工程系周統(tǒng)，使用其在工咐程設(shè)計(jì)懷、施工列、管理仙和可視轎化計(jì)算墳等方面例得到更店廣泛的陰應(yīng)用。符參考文范獻(xiàn)萍列輕[1]織蟻張躍。法土木工決程中的隨虛擬現(xiàn)