虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜建筑施工中的應(yīng)用

姜濤

摘 要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)在我國(guó)得到了一定程度的提升與發(fā)展。近年來，建筑物的發(fā)展規(guī)模在不斷地增加，相關(guān)的規(guī)模、功能、造型等都在不斷地發(fā)展，呈現(xiàn)出復(fù)雜性的特征。同時(shí)，在建筑施工過程中所采用的工藝、方法也越來越多樣化。因此，在復(fù)雜建筑的使用過程中通過應(yīng)用現(xiàn)代化的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就能夠依據(jù)實(shí)際的施工情況來制定出科學(xué)、合理的施工方案，進(jìn)而提升整個(gè)工程的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 復(fù)雜建筑施工 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（b）-0046-02

隨著建筑工程持續(xù)不斷地發(fā)展，工程在施工中的結(jié)構(gòu)形式及體系都發(fā)生了一定程度的變化，在建筑設(shè)計(jì)與施工的過程中越來越注重其個(gè)性化的發(fā)展。新結(jié)構(gòu)與新材料的使用極大程度地增加了空間結(jié)構(gòu)的建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)與要求，由此也提升了對(duì)整個(gè)工程建筑設(shè)計(jì)方案在規(guī)劃過程中的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，通過在復(fù)雜建筑施工設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就能夠有效地保障整個(gè)工程施工方案的可行性及經(jīng)濟(jì)性，提升工程的安全性。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種新型的綜合性信息技術(shù)，將數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、傳感器技術(shù)等多種現(xiàn)代化高科技技術(shù)進(jìn)行有效融合。通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就能夠?yàn)橛脩魟?chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)的反映實(shí)體對(duì)象變化及相互作用的三維圖像世界，進(jìn)而從用戶的視、聽、嗅等多種感官來進(jìn)行體驗(yàn)，并且能夠幫助人們對(duì)微觀世界中的相關(guān)事物運(yùn)動(dòng)、變化的規(guī)律進(jìn)行觀察。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)構(gòu)成

在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就能夠形成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其是由虛擬世界、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件、計(jì)算機(jī)、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備這五個(gè)部分組成的。虛擬世界是一個(gè)能夠從不同角度連續(xù)觀察的世界，其中包括了三維模型及環(huán)境的定義數(shù)據(jù)庫(kù)，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件能夠?yàn)橛脩籼峁?shí)時(shí)觀察與參與虛擬世界的能力，輸入設(shè)備是構(gòu)造虛擬世界的主要設(shè)備，而輸出設(shè)備則指顯示器、頭盔等一系列相關(guān)設(shè)備。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特性

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，存在著沉浸性、交互性以及構(gòu)想性這三種方面的特性。其中的沉浸性就是虛擬世界帶給用戶的一種真實(shí)感，能夠讓用戶深陷其中，給用戶一種身臨其境的感覺，難以覺察與分辨自己所處的位置是虛擬還是現(xiàn)實(shí)。而交互性則是指用戶在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，對(duì)虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行操作以及獲得的相關(guān)感知情況等。用戶可以通過應(yīng)用三維交互設(shè)備來直接對(duì)計(jì)算機(jī)所營(yíng)造的這個(gè)虛擬世界進(jìn)行感知，同時(shí)還能夠從中獲取相應(yīng)的信息反饋。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)想性是用戶在虛擬世界的多維信息空間中依靠自身的感知及認(rèn)知能力來獲取相關(guān)的知識(shí)，并在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中構(gòu)造一些在現(xiàn)實(shí)中不存在的情境，并由此來找尋相關(guān)的解決辦法。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜施工中的應(yīng)用

2.1 復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)

近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程施工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與輔助，不僅有效地提升了整個(gè)工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)還有效地解決了在施工設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題及困難。計(jì)算機(jī)輔助施工平面圖設(shè)計(jì)的發(fā)展，提升了整個(gè)工程的設(shè)計(jì)速度，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，且更直觀地向人們展現(xiàn)了工程的設(shè)計(jì)方案，給之后的方案修改、生成等帶來了極大的便利，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化的設(shè)計(jì)。

但是，在復(fù)雜建筑施工設(shè)計(jì)中，由于其中的結(jié)構(gòu)構(gòu)成都比較復(fù)雜，因而計(jì)算機(jī)輔助施工平面圖設(shè)計(jì)已經(jīng)不能夠滿足相關(guān)工程的設(shè)計(jì)要求。在工程設(shè)計(jì)的過程中需要考慮到相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)施工構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備之間的空間關(guān)系，同時(shí)在復(fù)雜工程施工中還涉及到了起重機(jī)的位置、高度以及纜風(fēng)繩著力點(diǎn)的選擇等。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜建筑施工設(shè)計(jì)中應(yīng)運(yùn)而生。

在我國(guó)大多數(shù)工程的施工設(shè)計(jì)方案都是依靠擁有多年施工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員憑借自身的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制定的。這種方式對(duì)整個(gè)工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量埋下了一個(gè)巨大的安全隱患，對(duì)整個(gè)工程的施工質(zhì)量有著十分重要的影響。因此，需要在建筑工程，尤其是在復(fù)雜建筑工程的施工過程中通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來設(shè)計(jì)、制定相關(guān)的方案，提升生產(chǎn)效率、降低工程的生產(chǎn)成本，并保障整個(gè)工程的施工質(zhì)量?；诖?，在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的時(shí)候，可以通過建立周圍場(chǎng)景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及機(jī)械設(shè)備等的三維CAD模型，由此形成一種具有一定功能的仿真系統(tǒng)，使其在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的時(shí)候具有動(dòng)態(tài)性的功能，在工程設(shè)計(jì)中進(jìn)行人機(jī)交互、可視化環(huán)境的設(shè)計(jì)、修改與生成。

2.2 復(fù)雜工程施工過程仿真實(shí)現(xiàn)

（1）仿真平臺(tái)的選擇。

在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜工程施工設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過利用Enviusion軟件來對(duì)工程施工的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行仿真以及進(jìn)行動(dòng)力仿真。同時(shí)還可以通過應(yīng)用Mechanical Desktop3.0，Soild-edge6.0等相關(guān)的軟件進(jìn)行復(fù)雜工程的建模及設(shè)計(jì)。此外，在進(jìn)行程序編寫的時(shí)候可以通過采用VisualC++以及GSL等軟件來編寫相關(guān)的環(huán)境程度。

（2）建模以及靜態(tài)組裝。

在復(fù)雜工程施工設(shè)計(jì)建立相關(guān)模型過程中，需要針對(duì)不同的建模對(duì)象采用非參數(shù)化建模以及參數(shù)化建模的方法。其中的分參數(shù)化建模適用于有大量相同造型且尺寸變化較小的情況。而像這種復(fù)雜建筑工程，存在著很多形狀復(fù)雜、尺寸標(biāo)注多等情況時(shí)，就需要通過采用參數(shù)化的方式來建立相關(guān)的模型。因此，在復(fù)雜建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要將樓面、樓梯等相關(guān)模型輸入到Enviusion模塊之中，進(jìn)而根據(jù)其中不同的特點(diǎn)及功能，組合成不同的機(jī)構(gòu)。同時(shí)在Enviusion模塊中，機(jī)構(gòu)是能夠進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行的最小單位，通過對(duì)其進(jìn)行定位就能夠組裝整個(gè)機(jī)構(gòu)模型。

（3）運(yùn)動(dòng)仿真。

在進(jìn)行復(fù)雜工程運(yùn)功仿真設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)值插值法在仿真物體的運(yùn)動(dòng)上十分有用。通過應(yīng)用數(shù)值插值法能夠?qū)ο嚓P(guān)物體的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行真實(shí)的模擬，進(jìn)而減少了相關(guān)計(jì)算機(jī)的能力要求及標(biāo)準(zhǔn)。此外，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的時(shí)候，還可以通過應(yīng)用插值法的二次插值、三次插值以及Hemite插值等形式進(jìn)行工程設(shè)計(jì)建模，由此來控制相關(guān)控件的非線性運(yùn)動(dòng)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

該案例模擬的是A市某商住樓的施工過程，該樓主要為框架結(jié)構(gòu)。在施工設(shè)計(jì)的過程中通過應(yīng)用三維軟件以及音視頻編輯軟件來對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及技術(shù)進(jìn)行模擬。同時(shí)，使用三維互動(dòng)軟件還能夠?qū)δ０鍖?shí)體進(jìn)行模擬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)人機(jī)交互。

通過應(yīng)用AutoCAD軟件來進(jìn)行精確制圖，并建立三維模型，導(dǎo)出DWG、3DS格式的文件。依據(jù)對(duì)工程的制圖建立相關(guān)的場(chǎng)景模型，并進(jìn)行材質(zhì)的貼圖。此外，在操作系統(tǒng)中還需要設(shè)定好周圍的環(huán)境，模擬太陽光、人的觀察角度、創(chuàng)設(shè)虛擬漫游環(huán)境等等，保存并導(dǎo)出C3D格式的文件。而后通過應(yīng)用三維互動(dòng)軟件CULT3D對(duì)導(dǎo)出的C2D格式文件中的對(duì)象制定相關(guān)的動(dòng)作及行為，例如：旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放等，由此就能夠形成一種虛擬三維互動(dòng)，并能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸及瀏覽。而后將多個(gè)視頻文件進(jìn)行剪輯形成一個(gè)連續(xù)的視頻文件，通過Photoshop軟件進(jìn)行圖形處理都就能夠形成一個(gè)效果圖。

4 結(jié)語

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到復(fù)雜建筑工程的設(shè)計(jì)中，不僅能夠通過三維圖形、音像等形式來實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)化地對(duì)施工全過程進(jìn)行模擬。同時(shí)還能夠幫助相關(guān)技術(shù)人員更好地對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察，進(jìn)行全方位、全面性的設(shè)計(jì)，進(jìn)而協(xié)調(diào)每一道工序。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與提升，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠得到更好的提升，更好地為廣大人民群眾的生產(chǎn)生活服務(wù)。

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