虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

韓建英 曲輝輝

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)的建筑信息化技術(shù)也取得了不菲的成績(jī)。如何高效解決建筑工程設(shè)計(jì)、施工、管理中存在的信息協(xié)調(diào)問(wèn)題，是一個(gè)值得深入研究的課題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，它極大地推動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展，因其特有的沉浸感、交互性和構(gòu)想性，在建筑工程表達(dá)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念、特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；建筑工程；應(yīng)用

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，建筑工程行業(yè)在不斷地發(fā)展，人們對(duì)建筑工程的數(shù)量、質(zhì)量和功能等需求在不斷提高。建筑工程不斷向系統(tǒng)化、復(fù)雜化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑表達(dá)形式越來(lái)越難適應(yīng)人們的需要，其形式與現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展要求有很大差距，傳統(tǒng)的建筑工程已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前信息化技術(shù)要求。對(duì)于建筑工程的從業(yè)人員來(lái)說(shuō)，建筑信息化發(fā)展既是一種不可多得的機(jī)遇，但對(duì)自身素質(zhì)和知識(shí)更新的要求更高，從某種程度上來(lái)講，更是一種挑戰(zhàn)。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其特點(diǎn)

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR），是一種交互式視景仿真技術(shù)，是由美國(guó)科學(xué)家在20世紀(jì)80年代初提出的，也稱為靈境技術(shù)或人工環(huán)境[1]，主要是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，融合數(shù)字圖像、傳感器技術(shù)等信息技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，通過(guò)人機(jī)交互，將一些非具體的、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采用虛擬的情景展現(xiàn)出來(lái)，為非專業(yè)人員所理解和接受。VR技術(shù)所生成的圖像或畫面是虛擬的，并非真實(shí)的實(shí)際環(huán)境，但通過(guò)人機(jī)交互進(jìn)入VR界面時(shí)，在感官體驗(yàn)上和現(xiàn)實(shí)環(huán)境類似。VR技術(shù)改變了傳統(tǒng)人與計(jì)算機(jī)之間單調(diào)的輸入輸出關(guān)系，將一個(gè)生硬的計(jì)算機(jī)界面變成為一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)信息空間，增強(qiáng)了人機(jī)交互性和體驗(yàn)性。建筑工程有自身的特點(diǎn)：即固定性、多樣性、周期長(zhǎng)，一個(gè)高質(zhì)量的建筑工程作品都需要前期不斷修改和論證，而傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)圖紙往往需要經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的人員才能看懂，缺少一些其他非專業(yè)人員的參與，造成建筑完工后不同專業(yè)人員針對(duì)同一建筑物的感官體驗(yàn)不一樣。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

1.浸沒感

VR技術(shù)根據(jù)人們自身生理特點(diǎn)，通過(guò)電腦生成虛擬三維圖像界面，體驗(yàn)者通過(guò)佩戴頭盔、眼鏡等設(shè)備，使自己進(jìn)入虛擬環(huán)境并進(jìn)行體驗(yàn)。體驗(yàn)者可以體會(huì)到一種“身臨其境”感覺，所以浸沒感又稱為存在感。VR技術(shù)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界，體驗(yàn)者通過(guò)自身感官系統(tǒng)，如視覺、觸覺、聽覺等真實(shí)感受到自身的存在，增強(qiáng)了體驗(yàn)者的體驗(yàn)品質(zhì)。

2.交互性

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互系統(tǒng)是一種特殊的交互，用戶可以通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行交互，也可以通過(guò)頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備進(jìn)行交互。體驗(yàn)者可以根據(jù)自身的動(dòng)作，如向前、向后、左右轉(zhuǎn)、俯視、仰視等動(dòng)作來(lái)對(duì)虛擬的建筑工程進(jìn)行操作，也可通過(guò)虛擬建筑物進(jìn)行人機(jī)交互，可以在虛擬場(chǎng)景中觀察建筑物詳細(xì)構(gòu)造、整體建筑結(jié)構(gòu)，還可以模擬建筑環(huán)境，并且可以做交流互動(dòng)，模擬真實(shí)施工過(guò)程碰撞反應(yīng)。

3.構(gòu)想性

構(gòu)想性，是指VR技術(shù)不僅能模擬或再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界，而且還能對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行構(gòu)想和布局。VR的構(gòu)想性給人們帶來(lái)了很大的創(chuàng)作空間，人們可以利用近乎“真實(shí)”的虛擬世界，來(lái)感受建筑工程的形態(tài)特征，通過(guò)虛擬的建筑環(huán)境，可以更好地對(duì)建筑整體進(jìn)行認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上通過(guò)發(fā)散思維來(lái)考慮建筑工程設(shè)計(jì)，從而激發(fā)更多的靈感，產(chǎn)生更多更好的建筑作品。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用分析

（一）防災(zāi)減災(zāi)

自古以來(lái)，人類就和火災(zāi)、大風(fēng)、地震、暴雨等自然災(zāi)害進(jìn)行著頑強(qiáng)的抗?fàn)?。由于自然?zāi)害很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)或其他方法精確模擬，所以給人類研究此項(xiàng)目帶來(lái)諸多不便。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，使科研人員能通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬各種不同類型的災(zāi)害，研究自然災(zāi)害對(duì)不同結(jié)構(gòu)造成的危害機(jī)理，提出防范或減小損失的科學(xué)方法，從而將災(zāi)害帶來(lái)的損失降到最低。災(zāi)害仿真系統(tǒng)的研究是新興的研究方向。如火災(zāi)仿真系統(tǒng)，通過(guò)預(yù)存或用戶建立模型的方式，將房屋結(jié)構(gòu)、房屋形式、室內(nèi)布置、風(fēng)向風(fēng)力等參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，用戶可以在顯示屏上看到火勢(shì)大小、動(dòng)向及溫度高低，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行防火設(shè)計(jì)提供了資料。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員基本都依靠設(shè)計(jì)軟件完成設(shè)計(jì)，特別是大型結(jié)構(gòu)。在國(guó)內(nèi)流行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件有幾十種，有中國(guó)建筑科學(xué)研究院的PKPM，同濟(jì)大學(xué)的3D3S，國(guó)外的SAP等。這些成功的軟件都是集成設(shè)計(jì)環(huán)境，注意了輸出接口的問(wèn)題，功能強(qiáng)大。用戶通常需要三維建模、設(shè)置荷載及參數(shù)和計(jì)算出圖。

虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真技術(shù)主要應(yīng)用在三維模型的輸入和計(jì)算結(jié)果的輸出兩方面。其有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：使設(shè)計(jì)人員更直觀地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；極大地減少了輸入出錯(cuò)的可能性；具有集成化的特點(diǎn)。

（三）結(jié)構(gòu)分析

以前，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，通常做幾個(gè)等比例縮小的模型，在實(shí)驗(yàn)室里加上不同的荷載來(lái)觀察破壞形態(tài)。這種方法不但精度得不到保證，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以用原尺寸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很方便地修改構(gòu)件尺寸、混凝土標(biāo)號(hào)、外力大小等參數(shù)，任意更改輸入荷載等初始條件，節(jié)約了經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。另外，建立的模型可以進(jìn)行保存、拷貝，方便下一次使用。

（四）施工

建筑施工是復(fù)雜的大型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、澆筑、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著混凝土澆筑的進(jìn)程。模擬施工過(guò)程是為了通過(guò)仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中存在的問(wèn)題或可能出現(xiàn)的問(wèn)題，這就需要對(duì)實(shí)際施工進(jìn)行仿真。而目前施工過(guò)程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過(guò)程，即按樓層關(guān)系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的模擬?，F(xiàn)有的模擬只是對(duì)進(jìn)度計(jì)劃起到了一定作用，并沒有對(duì)施工過(guò)程起到真正的作用，因而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工方面會(huì)有很好的發(fā)展前景。

結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)新興的建筑信息化技術(shù)，符合建筑工程專業(yè)的時(shí)代發(fā)展進(jìn)程，體現(xiàn)了建筑工程專業(yè)的時(shí)代特征，促進(jìn)了建筑工程行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在建筑工程的設(shè)計(jì)、施工、管理等各個(gè)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，是實(shí)現(xiàn)建筑工程行業(yè)信息化，高速化發(fā)展的有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

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