虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用分析

黃 歡

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430050）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，建筑企業(yè)隨之蓬勃發(fā)展，土木工程的數(shù)量越來越多，規(guī)模越來越大，并且土木工程的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。人們對土木工程的技術(shù)水平越來越關(guān)注，建筑企業(yè)若想在激烈的市場競爭環(huán)境中，占據(jù)具有一定優(yōu)勢的位置，就需要促使土木工程建設(shè)朝著信息化、智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，以此充分滿足現(xiàn)代人們對土木工程的個(gè)性化需求。因此，建筑企業(yè)在建設(shè)土木工程的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，成分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要應(yīng)用優(yōu)勢。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征

1.1 浸沒感

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)基本特征就是浸沒感，其是根據(jù)人們的聽覺和視覺特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，形成的非真三維圖像世界。使用者只需要將特定的頭盔顯示器戴在頭上，被佩戴上數(shù)據(jù)手套等，就可以進(jìn)入到這個(gè)虛擬的環(huán)境中。在虛擬環(huán)境中，使用者看到的各種事物就好像真實(shí)存在一樣，感覺非常的真實(shí)。

1.2 交互性

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中設(shè)置有一個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，使用者可以利用鼠標(biāo)或者鍵盤與虛擬世界進(jìn)行交互，也可以利用特定的頭盔顯示器和數(shù)據(jù)受到等與虛擬世界交互。在虛擬世界中，使用者可以通過自身的肢體動(dòng)作等技能對虛擬世界中的食物進(jìn)行觀測和操作。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較強(qiáng)的交互性。

1.3 多感知性

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中安裝有動(dòng)覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)都能夠，所以，使用者在虛擬環(huán)境中可以獲得多種感知，給使用者帶來類似在真實(shí)世界的感受。多感知性也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)主要基本特征。

1.4 構(gòu)想性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的構(gòu)想性，又被稱作自主性，體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較為廣闊和豐富的想象空間，可以有效的拓寬人們的視野，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不單單可以構(gòu)建出虛擬的環(huán)境，同時(shí)還可以再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境。對于一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來說，其主要是由高端計(jì)算機(jī)、特殊頭盔、方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、語音識(shí)別器、聲音合成和定位器構(gòu)成。其中，高端計(jì)算機(jī)屬于虛擬環(huán)境處理系統(tǒng)，特殊頭盔屬于視覺系統(tǒng)，方位跟蹤器和數(shù)據(jù)手套屬于人體方位姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)，語音識(shí)別器、聲音合成和定位器屬于聽覺系統(tǒng)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中應(yīng)用的重要優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顧名思義就是對真實(shí)世界的一種模擬，通過傳感技術(shù)、三維動(dòng)態(tài)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)等為使用者創(chuàng)設(shè)一個(gè)虛擬的世界，并給使用者帶來多種真實(shí)感受。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也獲得了新的突破，其憑借著自身具備的構(gòu)想性、多感知性、交互性和浸沒感基本特征，在多個(gè)領(lǐng)域中得以廣泛的應(yīng)用，并備受大眾的喜歡。建筑企業(yè)同樣也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的受益者，其在土木工程中的應(yīng)用具有不可小覷的重要優(yōu)勢.

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程設(shè)計(jì)、規(guī)劃、成本計(jì)算、工程測量等環(huán)節(jié)的應(yīng)用，可以通過三維模型的建立，直觀的呈現(xiàn)土木工程的整體結(jié)構(gòu)和土木工程環(huán)境等，這給土木工程工作人員的工作帶來了很大便利，并且大大提高了工作人員的工作效率，其通?？梢栽谳^短的時(shí)間內(nèi)就順利的完成自身的工作。并且，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用，還可以讓客戶直觀的看到整個(gè)土木工程的概況，給客戶帶去更加生動(dòng)、直觀的感受，這樣更加有助于獲得客戶的認(rèn)可和滿意，這對建筑企業(yè)良好企業(yè)形象的建立十分有利。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用具有較多的優(yōu)勢，建筑企業(yè)應(yīng)該全面的認(rèn)識(shí)到應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要性，并提高對該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的重視程度，從而實(shí)現(xiàn)土木工程技術(shù)水平的提高。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中應(yīng)用的有效途徑

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)是建設(shè)土木工程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是土木工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)，對土木工程后期能夠順利的完成建設(shè)起到?jīng)Q定性的作用，甚至影響著整體土木工程的質(zhì)量。對于土木工程建設(shè)來說，其結(jié)構(gòu)十分的復(fù)雜，并且施工環(huán)境具有多變性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員通常要花費(fèi)很多的精力和時(shí)間去采集土木工程建設(shè)數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析后，才能夠繪制出一張完整的土木工程平面設(shè)計(jì)圖。但是這張平面設(shè)計(jì)圖往往不能夠?qū)⑼聊竟こ谈鞣矫娴臄?shù)據(jù)都充分的沉陷出來。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引進(jìn)，則可以很好的解決這一問題，設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算機(jī)就可以完成力學(xué)性能模型試驗(yàn)，避免了以往力學(xué)性能模型試驗(yàn)受氣流、摩擦力等因素的影響，大大提高了力學(xué)性能試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，并且通過計(jì)算機(jī)就可以全面分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以幫助設(shè)計(jì)人員選擇出最佳的土木工程設(shè)計(jì)方案。

3.2 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬土木工程施工

土木工程的施工規(guī)模一般較大，施工時(shí)間較長，在施工的過程中很容易受到人為因素、環(huán)境因素、天氣因素等的影響，在施工中存在很大的動(dòng)態(tài)變化可能。再加之，土木工程施工的環(huán)節(jié)較多，各個(gè)施工環(huán)節(jié)之間又具有密切的關(guān)聯(lián)，不管在哪一個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)差錯(cuò)，都會(huì)對土木工程整體質(zhì)量和施工進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。因此，建筑企業(yè)可以在正式施工前，利用模擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬土木工程施工現(xiàn)場，將土木工程施工做涉及的所有數(shù)據(jù)信息輸入到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化評(píng)估，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息制定最為適合的施工方案。經(jīng)研究表明，通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)制定的施工方案要比人工制定的施工方案要合理，并且考慮的因素更加的全面，通過合理計(jì)算土木工程施工成本和施工時(shí)間，制定出性價(jià)比相對較高的施工方案以為建筑企業(yè)提供參考。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還會(huì)整體土木工程施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，理清各個(gè)施工環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，這樣就可以確保土木工程按部就班的進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的施工，便因?yàn)槭┕きh(huán)節(jié)銜接錯(cuò)誤而停工，對土木工程施工質(zhì)量和施工進(jìn)度造成影響。

3.3 在土木工程測量中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

土木工程測量水平的提高，不單單可以確保土木工程建設(shè)可以更加順利的完成，同時(shí)還可以防止在施工中發(fā)生施工變更的情況，并且還可以保障土木工程建設(shè)的質(zhì)量。在土木工程的整個(gè)施工中需要進(jìn)行測量的地方角度，測量類型主要包括：高程測量、距離測量和角度測量等。土木工程測量工作比較繁瑣，稍有疏忽就可能出現(xiàn)誤差，并且在測量的過程中存在很多因素影響著測量的結(jié)果。為了避免誤差的出現(xiàn)，可以在土木工程測量中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，首先，利用計(jì)算機(jī)收集土木工程施工環(huán)境信息。隨后，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建土木工程虛擬模型。最后，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的對土木工程虛擬模型進(jìn)行測量，并制作測量報(bào)告。這樣不僅減少了土木工程測量人員的工作量，同時(shí)還提高了土木工程測量的準(zhǔn)確度，并且還是實(shí)現(xiàn)了測量效率的提高。

3.4 在土木工程成果展示中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

建筑施工企業(yè)在開展大型土木工程施工前，需要驗(yàn)證和展示土木工程具體施工方案，以此及時(shí)發(fā)現(xiàn)土木工程施工方案中存在的問題，并及時(shí)加以解決，以此有效的提高施工方案的安全性和可行性。而在土木工程成果展示中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將施工方案進(jìn)行全方位的展示，包括各個(gè)小的細(xì)節(jié)，在正式開始施工前將整個(gè)土木工程的施工成果展示出來，以便對其中存在的不足之處及時(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)和優(yōu)化。例如：某建筑施工企業(yè)在擴(kuò)建大型橋梁建筑工程時(shí)，涉及有橋梁延長和擴(kuò)寬施工，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)完施工方案后，可以先將原始橋梁建筑工程的所有數(shù)據(jù)信息輸入到虛擬顯示系統(tǒng)中，利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建原始橋梁模型，然后在將施工設(shè)計(jì)方案中的數(shù)據(jù)信息輸入到該系統(tǒng)中，利用虛擬顯示技術(shù)完成橋梁工程的橋墩架設(shè)，以此將最終的橋梁建筑工程的施工設(shè)計(jì)成果展示出來，同時(shí)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，對橋梁建筑施工后的承重力和應(yīng)力等進(jìn)行全面的分析，在判斷施工方案可行性和安全性的同時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的不足，并及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中應(yīng)用的前景

在以往的土木工程行業(yè)中，人們通常只是利用比較抽象的理論和概念來表述該領(lǐng)域比較專業(yè)的內(nèi)容。例如：立體建筑的三維圖像，通常就是由立面設(shè)計(jì)圖、剖面設(shè)計(jì)圖和平面設(shè)計(jì)圖等形成的，通過精簡的專業(yè)術(shù)語和抽象化的圖形來呈現(xiàn)建筑物的信息。然而這種建筑物建造信息呈現(xiàn)的方式，對于接受者來說具有一定的局限性，不同的接受者，其知識(shí)水平、從事工作的領(lǐng)域、理解能力等都有所不同，這樣就很難實(shí)現(xiàn)接受者與建筑物之間的良好交流，更加難以實(shí)現(xiàn)信息的完整傳遞。

隨著信息化時(shí)代的到來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被開發(fā)和廣泛利用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用，則有效的解決了以往土木工程中存在的這些困難。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，不單單可以將虛擬的世界展示在人們的面前，同時(shí)還可以將真實(shí)的世界再現(xiàn)在人們的面前，打破以往土木工程在空間和時(shí)間上的局限，從真正意義上實(shí)現(xiàn)超越現(xiàn)實(shí)。而在虛擬世界中，人們可以感受到比較真實(shí)的三維立體圖像，給人一種身處其中的感受，構(gòu)成具有較強(qiáng)浸沒感、交互性、多感知性和構(gòu)想性的三維空間。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于一種具有較高計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的新型高端人機(jī)接口，該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，不僅可以給使用者帶來逼真的感受，同時(shí)使用者還可以在虛擬世界中進(jìn)行各種操作和運(yùn)動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用前景一片大好。

5 結(jié)束語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有浸沒感、交互性、多感知性和構(gòu)想性的特征，正是因?yàn)樵摷夹g(shù)的這些基本特征，使其在多個(gè)領(lǐng)域中得以廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用具有不可小覷的重要優(yōu)勢，不僅有助于提高工作人員的工作效率，同時(shí)還有助于建筑企業(yè)良好企業(yè)形象的建立。因此，建筑企業(yè)應(yīng)該加大對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究力度，并加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用。