電子技術論文圖像虛擬現實技術在土木工程中的應用分析

　　虛擬現實技術作為當前計算機技術的一項前沿技術，基于圖像的虛擬現實技術已廣泛的應用到包括土木工程在內的各個工程領域之中，圖像虛擬現實技術在土木工程中的應用已顯示出一定的實用性，而且技術潛力巨大，應用前景十分廣闊。本文從虛擬現實技術的相關概念談起，然后詳細剖析了虛擬現實技術應用于土木工程領域的優勢所在，最后對圖像虛擬現實技術在土木工程中的應用進行詳細的分析。

　　《電子科技大學學報》(社會科學版)刊登的許多文章都處于人文社會科學研究的前沿領域，具有前導性、獨創性、特別是以信息科學為核心的人文交叉研究已成為本刊鮮明的特色和優勢。該刊的編委皆由校內各學科負責人和專家構成，充分保證該刊的學術水準。

　　隨著我國經濟的不斷發展，對土木工程建設的要求也越來越高。在當前信息技術日益發達的社會大環境下，如何實現土木工程設計的可視化、信息化、智能化將成為土木工程領域的研究熱點。虛擬現實技術的提出可以有效滿足土木工程的發展需求，而且虛擬現實技術在土木工程中的應用已經涉及到很多的學科，并且已經顯示出了一定的實用性，技術潛力十分巨大，虛擬現實技術將在土木工程領域具有非常廣闊的應用前景。

　　一、虛擬現實技術概述

　　(一)虛擬現實技術的概念

　　虛擬現實(Virtual Reality-VR)，有的也被稱為靈境技術，虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統。所謂的虛擬世界就是給定仿真對象的全體所構成的虛擬環境。這里的虛擬環境是由相應的軟件來設計生成的，它們可以用來與用戶進行交互，可以使用戶產生一種身臨其境的感覺，就如同身置于一個虛擬的第三環境里，而一個具有交互功能的虛擬環境系統的實現，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、智能接口技術、人工智能技術、語音處理與音像技術、多傳感器技術、網絡并行處理技術提供的技術支撐來實現的。

　　(二)虛擬現實技術的特點

　　虛擬現實技術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律，虛擬現實技術所依靠的三維建模軟件可以建立逼真的三維立體模型，這些三維模型就構成了虛擬環境中的場景等相關元素，然后用戶在利用頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身于所設計的具有交互功能的虛擬環境中，從而在心理上產生一種置身于這一虛擬環境中的感覺。基于虛擬現實技術下的虛擬環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

　　虛擬現實系統中的人機交互是與人與真實自然環境的交互相似，用戶不僅可以利用電腦的一些外圍設備進行交互，而且還可以通過數據頭盔、數據手套等具有傳感和力反饋效果的設備進行人機交互。并且支持用戶對虛擬環境中的相關元素的操作。

　　3、多感知性

　　基于虛擬現實技術的虛擬現實系統中多集成有視覺、聽覺、觸覺以及動覺的傳感及反應裝置，因此，用戶在與虛擬環境中的相關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、虛擬現實技術應用于土木工程領域的優勢

　　正是由于虛擬現實技術對身臨其境的真實感和對超越現實的虛擬性的不斷追求，以及該技術所具有的沉浸性、交互性、多感知性的特點，該技術在土木工程領域中的應用，有效的推動了土木工程的發展。當前，土木工程中的虛擬現實技術已經涉及土木工程的各個學科，并且取得了很好的應用效果，顯而易見，虛擬現實技術在土木工程領域中的應用所具有的優勢非常明顯。

　　三、圖像虛擬現實技術在土木工程中的應用

　　(一)在虛擬施工過程和施工結構計算中的應用

　　圖像虛擬現實技術在土木工程中的施工過程和施工結構計算中的應用主要體現在如下幾個方面：

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

　　第二、圖像虛擬現實技術在土木工程中的施工過程和施工結構計算中可以對系統中的模型進行虛擬裝配，從而讓系統中的模型具有動態性能，然后根據虛擬裝配的結果，可以通過虛擬現實技術所提供的人機交互功能來對施工方案進行修改。

　　第三、復雜結構施工所涉及的環節較為復雜，起重機的布置位置、高度，纜風繩著力點的選擇，構件堆場的位置，等等都是設計施工方案時所必須考慮的問題。虛擬現實技術在復雜結構施工中的應用可以實現對這些因素進行綜合分析，然后對實際施工進行指導，從而可以有效避免施工時安全事故的發生。

　　(二)在施工方案的選擇及優化中的應用

　　就土木工程的施工而言，工程施工方案的選擇和優化是工程施工的重要工作，同時也是確保工程施工質量的重要保證，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。虛擬現實技術在施工方案的選擇及優化中的應用，可以對各工程的施工方案進行虛擬施工和演示，通過虛擬演示結果來對施工方案進行比對，從而有效實現施工方案的選擇及優化。

　　(三)在土木工程可視化計算領域的應用

　　可視化計算將是土木工程今后一個重要的發展方向，而虛擬現實技術在土木工程可視化計算領域中的應用，更是有效的推動了土木工程可視化計算技術的發展。其中虛擬現實技術在土木工程可視化計算領域的應用主要體現在如下幾個方面：

　　第一、在對土木工程的可視化計算運用有限元法進行結構分析時，虛擬現實技術的應用，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、虛擬現實技術的應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實技術所提供的人機交互功能，來對各種計算數據進行實時的修改，從而可以對各種方案及結果進行詳細的比較。

　　第三、把基于虛擬現實的可視化計算技術應用于土木工程超大型復雜結構的設計、工程控制和結構分析中，可以有效增強相關可視化計算軟件的處理能力。

　　第四、虛擬現實技術的應用，可以實現工程施工的動態演示以及施工預告圖形的顯示等。

　　第五、虛擬現實技術的應用，可以借助相關的圖形或圖像來實時動態地控制工程施工的相關數據，同時能實時動態的演示和控制設計相關的施工過程。

　　(四)建筑物、大型結構的風洞試驗的可視化計算

　　虛擬現實技術在建筑物、大型結構的風洞試驗的可視化計算中的應用可以有效克服傳統的可視化計算中存在的各種缺陷。基于虛擬實驗技術的風洞試驗可以讓用戶提前感受到模擬的空氣流場，如同站在真實的風洞里一樣。而模擬出來的虛擬風洞效果可以讓工程相關人員對多漩渦的復雜三維性質和效果以及空氣循環區域的亂流現象進行分析，而這些分析，利用傳統的數字仿真技術是很難實現的，而虛擬現實技術的應用就可以很好的解決這個問題。

　　顯然，虛擬現實技術在建筑物、大型結構的風洞試驗的可視化計算中的應用將有效推動土木工程的發展。

　　結語：隨著虛擬現實技術的不斷進步和發展，再加上計算機處理速度和性能的不斷優化，虛擬現實技術的應用層面會越來越廣，成長幅度會更大，尤其是在土木工程方面的應用。現在，虛擬現實技術還有很多技術有待進一步完善，而且在土木工程方向的研究方面還欠缺很多東西。所以我們還應該繼續努力，開發有價值的虛擬現實技術和土木工程領域相結合的應用系統，使其在土木工程領域能夠得到更廣泛的應用。

　　參考文獻：

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