電子技術(shù)論文圖像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用分析

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)前沿技術(shù)，基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛的應(yīng)用到包括土木工程在內(nèi)的各個(gè)工程領(lǐng)域之中，圖像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用已顯示出一定的實(shí)用性，而且技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景十分廣闊。本文從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)概念談起，然后詳細(xì)剖析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)所在，最后對(duì)圖像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析。

　　《電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)》(社會(huì)科學(xué)版)刊登的許多文章都處于人文社會(huì)科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，具有前導(dǎo)性、獨(dú)創(chuàng)性、特別是以信息科學(xué)為核心的人文交叉研究已成為本刊鮮明的特色和優(yōu)勢(shì)。該刊的編委皆由校內(nèi)各學(xué)科負(fù)責(zé)人和專(zhuān)家構(gòu)成，充分保證該刊的學(xué)術(shù)水準(zhǔn)。

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)土木工程建設(shè)的要求也越來(lái)越高。在當(dāng)前信息技術(shù)日益發(fā)達(dá)的社會(huì)大環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)土木工程設(shè)計(jì)的可視化、信息化、智能化將成為土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的提出可以有效滿(mǎn)足土木工程的發(fā)展需求，而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用已經(jīng)涉及到很多的學(xué)科，并且已經(jīng)顯示出了一定的實(shí)用性，技術(shù)潛力十分巨大，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在土木工程領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

　　一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

　　(一)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

　　虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality-VR)，有的也被稱(chēng)為靈境技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所謂的虛擬世界就是給定仿真對(duì)象的全體所構(gòu)成的虛擬環(huán)境。這里的虛擬環(huán)境是由相應(yīng)的軟件來(lái)設(shè)計(jì)生成的，它們可以用來(lái)與用戶(hù)進(jìn)行交互，可以使用戶(hù)產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，就如同身置于一個(gè)虛擬的第三環(huán)境里，而一個(gè)具有交互功能的虛擬環(huán)境系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，還需要以高性能的計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，由圖象處理與模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、語(yǔ)音處理與音像技術(shù)、多傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理技術(shù)提供的技術(shù)支撐來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　(二)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要具有如下三個(gè)方面的特點(diǎn)：

　　1、沉浸性

　　基于人類(lèi)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等生理和心理的特點(diǎn)和規(guī)律，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所依靠的三維建模軟件可以建立逼真的三維立體模型，這些三維模型就構(gòu)成了虛擬環(huán)境中的場(chǎng)景等相關(guān)元素，然后用戶(hù)在利用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于所設(shè)計(jì)的具有交互功能的虛擬環(huán)境中，從而在心理上產(chǎn)生一種置身于這一虛擬環(huán)境中的感覺(jué)。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象通過(guò)與用戶(hù)進(jìn)行力反饋的交互，可以使用戶(hù)感覺(jué)到就如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣，仿佛有一種身臨其境的感覺(jué)，從而完全沉浸在其中。

　　2、交互性

　　虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是與人與真實(shí)自然環(huán)境的交互相似，用戶(hù)不僅可以利用電腦的一些外圍設(shè)備進(jìn)行交互，而且還可以通過(guò)數(shù)據(jù)頭盔、數(shù)據(jù)手套等具有傳感和力反饋效果的設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互。并且支持用戶(hù)對(duì)虛擬環(huán)境中的相關(guān)元素的操作。

　　3、多感知性

　　基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中多集成有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及動(dòng)覺(jué)的傳感及反應(yīng)裝置，因此，用戶(hù)在與虛擬環(huán)境中的相關(guān)場(chǎng)景元素進(jìn)行交互的過(guò)程中就可以可獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)等多種感知效果。

　　二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

　　正是由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)身臨其境的真實(shí)感和對(duì)超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性的不斷追求，以及該技術(shù)所具有的沉浸性、交互性、多感知性的特點(diǎn)，該技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，有效的推動(dòng)了土木工程的發(fā)展。當(dāng)前，土木工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)涉及土木工程的各個(gè)學(xué)科，并且取得了很好的應(yīng)用效果，顯而易見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用所具有的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

　　三、圖像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

　　(一)在虛擬施工過(guò)程和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用

　　圖像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的施工過(guò)程和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　第一、在土木工程中的施工過(guò)程和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算中，可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中，建立工程施工的周?chē)鷪?chǎng)景、施工構(gòu)件以及機(jī)械設(shè)備等三維模型，從而可以形成基于計(jì)算機(jī)的具有一定功能的仿真系統(tǒng)。

　　第二、圖像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的施工過(guò)程和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算中可以對(duì)系統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬裝配，從而讓系統(tǒng)中的模型具有動(dòng)態(tài)性能，然后根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所提供的人機(jī)交互功能來(lái)對(duì)施工方案進(jìn)行修改。

　　第三、復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工所涉及的環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，起重機(jī)的布置位置、高度，纜風(fēng)繩著力點(diǎn)的選擇，構(gòu)件堆場(chǎng)的位置，等等都是設(shè)計(jì)施工方案時(shí)所必須考慮的問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些因素進(jìn)行綜合分析，然后對(duì)實(shí)際施工進(jìn)行指導(dǎo)，從而可以有效避免施工時(shí)安全事故的發(fā)生。

　　(二)在施工方案的選擇及優(yōu)化中的應(yīng)用

　　就土木工程的施工而言，工程施工方案的選擇和優(yōu)化是工程施工的重要工作，同時(shí)也是確保工程施工質(zhì)量的重要保證，可以對(duì)施工流向和施工程序進(jìn)行明確，然后選擇施工方法和施工機(jī)械，來(lái)安排施工順序等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工方案的選擇及優(yōu)化中的應(yīng)用，可以對(duì)各工程的施工方案進(jìn)行虛擬施工和演示，通過(guò)虛擬演示結(jié)果來(lái)對(duì)施工方案進(jìn)行比對(duì)，從而有效實(shí)現(xiàn)施工方案的選擇及優(yōu)化。

　　(三)在土木工程可視化計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用

　　可視化計(jì)算將是土木工程今后一個(gè)重要的發(fā)展方向，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程可視化計(jì)算領(lǐng)域中的應(yīng)用，更是有效的推動(dòng)了土木工程可視化計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程可視化計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　第一、在對(duì)土木工程的可視化計(jì)算運(yùn)用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以將三維物體中各點(diǎn)力的大小用深淺程度不同的顏色來(lái)進(jìn)行標(biāo)示，并用不同顏色來(lái)表示出不同的等力面。

　　第二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在進(jìn)行可視化計(jì)算時(shí)也可以任意變換角度，從任何點(diǎn)去觀(guān)察。同時(shí)還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所提供的人機(jī)交互功能，來(lái)對(duì)各種計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，從而可以對(duì)各種方案及結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的比較。

　　第三、把基于虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于土木工程超大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、工程控制和結(jié)構(gòu)分析中，可以有效增強(qiáng)相關(guān)可視化計(jì)算軟件的處理能力。

　　第四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)工程施工的動(dòng)態(tài)演示以及施工預(yù)告圖形的顯示等。

　　第五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以借助相關(guān)的圖形或圖像來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地控制工程施工的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的演示和控制設(shè)計(jì)相關(guān)的施工過(guò)程。

　　(四)建筑物、大型結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)的可視化計(jì)算

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑物、大型結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)的可視化計(jì)算中的應(yīng)用可以有效克服傳統(tǒng)的可視化計(jì)算中存在的各種缺陷。基于虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的風(fēng)洞試驗(yàn)可以讓用戶(hù)提前感受到模擬的空氣流場(chǎng)，如同站在真實(shí)的風(fēng)洞里一樣。而模擬出來(lái)的虛擬風(fēng)洞效果可以讓工程相關(guān)人員對(duì)多漩渦的復(fù)雜三維性質(zhì)和效果以及空氣循環(huán)區(qū)域的亂流現(xiàn)象進(jìn)行分析，而這些分析，利用傳統(tǒng)的數(shù)字仿真技術(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用就可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。

　　顯然，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑物、大型結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)的可視化計(jì)算中的應(yīng)用將有效推動(dòng)土木工程的發(fā)展。

　　結(jié)語(yǔ)：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，再加上計(jì)算機(jī)處理速度和性能的不斷優(yōu)化，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用層面會(huì)越來(lái)越廣，成長(zhǎng)幅度會(huì)更大，尤其是在土木工程方面的應(yīng)用。現(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還有很多技術(shù)有待進(jìn)一步完善，而且在土木工程方向的研究方面還欠缺很多東西。所以我們還應(yīng)該繼續(xù)努力，開(kāi)發(fā)有價(jià)值的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和土木工程領(lǐng)域相結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)，使其在土木工程領(lǐng)域能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

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