愛華網(wǎng)???? 一、引言 隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步增長和基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的加入，建設(shè)項目的規(guī)模越來越大、結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜，對土木工程學(xué)科管理的科學(xué)性、精確性要求越來越高。實現(xiàn)土木工程的信息化、智能化、可視化和集成化成為土木建筑工程項目管理現(xiàn)代化的要求和本領(lǐng)域的研究熱點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality, VR)是綜合性與集成性極強的高新技術(shù)，在軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計、藝術(shù)、娛樂等多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。土木工程中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)涉及土木工程領(lǐng)域的各個學(xué)科，已顯示出一定的實用性，技術(shù)潛力十分巨大，應(yīng)用前景非常廣闊[1]。 二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其特點 虛擬現(xiàn)實技術(shù)，又稱靈境技術(shù)，是20世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支，大大推進了計算機技術(shù)的發(fā)展。VR技術(shù)是把抽象、復(fù)雜的計算機數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)化為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術(shù)實質(zhì)在于提供一種高級的人機接口。利用VR技術(shù)所產(chǎn)生的局部世界是人造和虛構(gòu)的，并非是真實的，但當用戶進入這一局部世界時，在感覺上與現(xiàn)實世界卻是基本相同的。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是綜合性極強的高新信息技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具備以下三個方面的特性。 1．沉浸性虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(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。 2．交互性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機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、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進行交互。 3．多感知性由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。 三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用 1．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用前景 在土木工程中，長期以來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)定的符號來表示三維的立體建筑，用比較抽象的圖形和精練的語言來描述復(fù)雜的場景，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)、知識結(jié)構(gòu)及理解能力的影響，交流起來非常困難。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)實既能表示真實的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實世界時，可以突破物理空間和時間的約束，做到能“超越現(xiàn)實”；在表示虛擬世界時，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進出自如、交互作用的三維信息空間”。 2．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用領(lǐng)域 由于具有上述的優(yōu)勢特征，虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用主要有以下幾個方面[2]。 ?。?）在虛擬施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用[3]在實際工程施工中，復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工方案設(shè)計和施工結(jié)構(gòu)計算是一個難度較大的問題，前者難點關(guān)鍵就在于施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機械設(shè)備間的空間關(guān)系的表達；后者在于施工結(jié)構(gòu)在施工狀態(tài)和荷載下的變形大于就位以后或結(jié)構(gòu)成型以后。基于虛擬現(xiàn)實的復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工方案設(shè)計是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中，建立周圍場景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機械設(shè)備等的三維CAD模型（虛擬模型），形成基于計算機的具有一定功能的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，并對系統(tǒng)中的模型進行虛擬裝配，根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，在人機交互的可視化環(huán)境中對施工方案進行修改。復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工涉及的因素較多，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，起重機的開行路線，構(gòu)件起吊路線等，都是施工方案設(shè)計必須考慮的問題。若對這些問題考慮得不夠，則工程施工的進度、成本等都會受到影響，甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)施工前往往要對施工方案進行受力狀態(tài)復(fù)核。 某展覽中心，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋支承在鋼桅桿上，桅桿兩端為錐形，與下部混凝土結(jié)構(gòu)鉸結(jié)。為了減小鋼桁架的變形，更為了維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在鋼屋蓋桅桿和混凝土之間，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、穩(wěn)定索)和撐桿，形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。在鋼結(jié)構(gòu)的施工中，不同的支撐方案、不同的拼接方案，在結(jié)構(gòu)的不同部位會引起不同的效應(yīng)，而隨著連接桿件的安裝，這些施工階段的應(yīng)力將殘余在結(jié)構(gòu)部位上，并影響到最終的結(jié)構(gòu)受力安全性；并在結(jié)構(gòu)就位過程中，有可能失穩(wěn)和變形。這就需要進行施工過程的精確分析。用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對不同的方案，在短時間內(nèi)做大量的分析，從而保證施工方案最優(yōu)化。 ?。?）在工程項目招標投標中的應(yīng)用建筑業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，建筑市場的過度競爭已是長期的事實?，F(xiàn)代建筑工程項目的運作，業(yè)主處于絕對有利的地位。在有限的時間內(nèi)，如何使業(yè)主和評標的專家很好地了解招投標文件的編制和被認可的程度直接關(guān)系到承包商有沒有中標的機會。因此，承包商在注重投標文件的技術(shù)可行、報價合理的同時，也非常注重投標文件的包裝。尤其是大型工程、國家重點工程和國際工程的招標投標，往往在項目企劃階段就已經(jīng)開始這方面的運作[4]。 ?。?）在可視化計算領(lǐng)域的應(yīng)用可視化計算將是今后一個重要的發(fā)展方向。在科研中，人們會遇到大量數(shù)據(jù)，為從中得出有價值的規(guī)律和結(jié)論，需要對龐大的數(shù)據(jù)量進行認真分析。對科學(xué)計算取得的數(shù)據(jù)進行可視化加工或三維圖形顯示，可通過交互改變參數(shù)來觀察計算結(jié)果的全貌及其變化，實現(xiàn)參數(shù)化及可視化計算，虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)生了飛躍式的發(fā)展。 在運用有限元法進行結(jié)構(gòu)分析時，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數(shù)據(jù)，以便對各種方案及結(jié)果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。把可視化計算技術(shù)應(yīng)用于超大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計、工程控制和結(jié)構(gòu)分析中，將增強計算軟件的前后置處理能力。更重要的是能借助圖形或圖像來進行實時動態(tài)地控制結(jié)構(gòu)的重分析和獲取施工控制數(shù)據(jù)，同時能實時動態(tài)演示和控制設(shè)計和施工的過程。 四、結(jié)語 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不斷發(fā)展，專用于計算機圖形和多媒體信息處理的高性能DSP芯片可使處理能力提高上百倍，三維圖形算法和參數(shù)化建模算法等可使虛擬現(xiàn)實技術(shù)更加成熟。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我們應(yīng)努力建設(shè)虛擬現(xiàn)實技術(shù)實驗室，開發(fā)有價值的虛擬現(xiàn)實工程系統(tǒng)，使其在工程設(shè)計、施工、管理和可視化計算等方面得到更廣泛的應(yīng)用。 參考文獻： [1] 張躍．土木工程中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)[N]．科技日報．1997年6月23日． [2] 沈金良．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程設(shè)計中的應(yīng)用[J]．科技交流，2004，(3)． [3] 謝行浩．建筑工程系統(tǒng)仿真[M]．北京：科學(xué)出版社，2001. 25- 37． [4] 張金序．施工技術(shù)[J]．多媒體技術(shù)在建筑工程投標中的應(yīng)用．Vol. 31 No. 12. 24
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