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

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為當前計算機技術(shù)的一項前沿技術(shù)，基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛的應(yīng)用到包括土木工程在內(nèi)的各個工程領(lǐng)域之中，圖像虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用已顯示出一定的實用性，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)實技術(shù)的相關(guān)概念談起，然后詳細剖析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的優(yōu)勢所在，最后對圖像虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用進行詳細的分析。

　　《電子科技大學(xué)學(xué)報》(社會科學(xué)版)刊登的許多文章都處于人文社會科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，具有前導(dǎo)性、獨創(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。該刊的編委皆由校內(nèi)各學(xué)科負責(zé)人和專家構(gòu)成，充分保證該刊的學(xué)術(shù)水準。

　　隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對土木工程建設(shè)的要求也越來越高。在當前信息技術(shù)日益發(fā)達的社會大環(huán)境下，如何實現(xiàn)土木工程設(shè)計的可視化、信息化、智能化將成為土木工程領(lǐng)域的研究熱點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的提出可以有效滿足土木工程的發(fā)展需求，而且虛擬現(xiàn)實技術(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)顯示出了一定的實用性，技術(shù)潛力十分巨大，虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)概述

　　(一)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

　　虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality-VR)，有的也被稱為靈境技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。所謂的虛擬世界就是給定仿真對象的全體所構(gòu)成的虛擬環(huán)境。這里的虛擬環(huán)境是由相應(yīng)的軟件來設(shè)計生成的，它們可以用來與用戶進行交互，可以使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，就如同身置于一個虛擬的第三環(huán)境里，而一個具有交互功能的虛擬環(huán)境系統(tǒng)的實現(xiàn)，還需要以高性能的計算機為平臺，由圖象處理與模式識別、計算機圖形學(xué)、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、語音處理與音像技術(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)支撐來實現(xiàn)的。

　　(二)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要具有如下三個方面的特點：

　　1、沉浸性

　　基于人類的視覺、聽覺等生理和心理的特點和規(guī)律，虛擬現(xiàn)實技術(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)境中的場景等相關(guān)元素，然后用戶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。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的虛擬環(huán)境中的各種對象通過與用戶進行力反饋的交互，可以使用戶感覺到就如同在現(xiàn)實世界中的一樣，仿佛有一種身臨其境的感覺，從而完全沉浸在其中。

　　2、交互性

　　虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是與人與真實自然環(huán)境的交互相似，用戶不僅可以利用電腦的一些外圍設(shè)備進行交互，而且還可以通過數(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)備進行人機交互。并且支持用戶對虛擬環(huán)境中的相關(guān)元素的操作。

　　3、多感知性

　　基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中多集成有視覺、聽覺、觸覺以及動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，用戶在與虛擬環(huán)境中的相關(guān)場景元素進行交互的過程中就可以可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知效果。

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

　　正是由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)對身臨其境的真實感和對超越現(xiàn)實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，該技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，有效的推動了土木工程的發(fā)展。當前，土木工程中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)涉及土木工程的各個學(xué)科，并且取得了很好的應(yīng)用效果，顯而易見，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用所具有的優(yōu)勢非常明顯。

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

　　(一)在虛擬施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用

　　圖像虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

　　第一、在土木工程中的施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中，可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中，建立工程施工的周圍場景、施工構(gòu)件以及機械設(shè)備等三維模型，從而可以形成基于計算機的具有一定功能的仿真系統(tǒng)。

　　第二、圖像虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中可以對系統(tǒng)中的模型進行虛擬裝配，從而讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，然后根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)所提供的人機交互功能來對施工方案進行修改。

　　第三、復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工所涉及的環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，起重機的布置位置、高度，纜風(fēng)繩著力點的選擇，構(gòu)件堆場的位置，等等都是設(shè)計施工方案時所必須考慮的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用可以實現(xiàn)對這些因素進行綜合分析，然后對實際施工進行指導(dǎo)，從而可以有效避免施工時安全事故的發(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，同時也是確保工程施工質(zhì)量的重要保證，可以對施工流向和施工程序進行明確，然后選擇施工方法和施工機械，來安排施工順序等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在施工方案的選擇及優(yōu)化中的應(yīng)用，可以對各工程的施工方案進行虛擬施工和演示，通過虛擬演示結(jié)果來對施工方案進行比對，從而有效實現(xiàn)施工方案的選擇及優(yōu)化。

　　(三)在土木工程可視化計算領(lǐng)域的應(yīng)用

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

　　第一、在對土木工程的可視化計算運用有限元法進行結(jié)構(gòu)分析時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，可以將三維物體中各點力的大小用深淺程度不同的顏色來進行標示，并用不同顏色來表示出不同的等力面。

　　第二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用在進行可視化計算時也可以任意變換角度，從任何點去觀察。同時還可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所提供的人機交互功能，來對各種計算數(shù)據(jù)進行實時的修改，從而可以對各種方案及結(jié)果進行詳細的比較。

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

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

　　第五、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，可以借助相關(guān)的圖形或圖像來實時動態(tài)地控制工程施工的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時能實時動態(tài)的演示和控制設(shè)計相關(guān)的施工過程。

　　(四)建筑物、大型結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗的可視化計算

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑物、大型結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗的可視化計算中的應(yīng)用可以有效克服傳統(tǒng)的可視化計算中存在的各種缺陷。基于虛擬實驗技術(shù)的風(fēng)洞試驗可以讓用戶提前感受到模擬的空氣流場，如同站在真實的風(fēng)洞里一樣。而模擬出來的虛擬風(fēng)洞效果可以讓工程相關(guān)人員對多漩渦的復(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)是很難實現(xiàn)的，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用就可以很好的解決這個問題。

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

　　結(jié)語：隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，再加上計算機處理速度和性能的不斷優(yōu)化，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用層面會越來越廣，成長幅度會更大，尤其是在土木工程方面的應(yīng)用。現(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還有很多技術(shù)有待進一步完善，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，開發(fā)有價值的虛擬現(xiàn)實技術(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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