电子技术论文图像虚拟现实技术在土木工程中的应用分析

　　虚拟现实技术作为当前计算机技术的一项前沿技术，基于图像的虚拟现实技术已广泛的应用到包括土木工程在内的各个工程领域之中，图像虚拟现实技术在土木工程中的应用已显示出一定的实用性，而且技术潜力巨大，应用前景十分广阔。本文从虚拟现实技术的相关概念谈起，然后详细剖析了虚拟现实技术应用于土木工程领域的优势所在，最后对图像虚拟现实技术在土木工程中的应用进行详细的分析。

　　《电子科技大学学报》(社会科学版)刊登的许多文章都处于人文社会科学研究的前沿领域，具有前导性、独创性、特别是以信息科学为核心的人文交叉研究已成为本刊鲜明的特色和优势。该刊的编委皆由校内各学科负责人和专家构成，充分保证该刊的学术水准。

　　随着我国经济的不断发展，对土木工程建设的要求也越来越高。在当前信息技术日益发达的社会大环境下，如何实现土木工程设计的可视化、信息化、智能化将成为土木工程领域的研究热点。虚拟现实技术的提出可以有效满足土木工程的发展需求，而且虚拟现实技术在土木工程中的应用已经涉及到很多的学科，并且已经显示出了一定的实用性，技术潜力十分巨大，虚拟现实技术将在土木工程领域具有非常广阔的应用前景。

　　一、虚拟现实技术概述

　　(一)虚拟现实技术的概念

　　虚拟现实(Virtual Reality-VR)，有的也被称为灵境技术，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。所谓的虚拟世界就是给定仿真对象的全体所构成的虚拟环境。这里的虚拟环境是由相应的软件来设计生成的，它们可以用来与用户进行交互，可以使用户产生一种身临其境的感觉，就如同身置于一个虚拟的第三环境里，而一个具有交互功能的虚拟环境系统的实现，还需要以高性能的计算机为平台，由图象处理与模式识别、计算机图形学、智能接口技术、人工智能技术、语音处理与音像技术、多传感器技术、网络并行处理技术提供的技术支撑来实现的。

　　(二)虚拟现实技术的特点

　　虚拟现实技术主要具有如下三个方面的特点：

　　1、沉浸性

　　基于人类的视觉、听觉等生理和心理的特点和规律，虚拟现实技术所依靠的三维建模软件可以建立逼真的三维立体模型，这些三维模型就构成了虚拟环境中的场景等相关元素，然后用户在利用头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于所设计的具有交互功能的虚拟环境中，从而在心理上产生一种置身于这一虚拟环境中的感觉。基于虚拟现实技术下的虚拟环境中的各种对象通过与用户进行力反馈的交互，可以使用户感觉到就如同在现实世界中的一样，仿佛有一种身临其境的感觉，从而完全沉浸在其中。

　　2、交互性

　　虚拟现实系统中的人机交互是与人与真实自然环境的交互相似，用户不仅可以利用电脑的一些外围设备进行交互，而且还可以通过数据头盔、数据手套等具有传感和力反馈效果的设备进行人机交互。并且支持用户对虚拟环境中的相关元素的操作。

　　3、多感知性

　　基于虚拟现实技术的虚拟现实系统中多集成有视觉、听觉、触觉以及动觉的传感及反应装置，因此，用户在与虚拟环境中的相关场景元素进行交互的过程中就可以可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知效果。

　　二、虚拟现实技术应用于土木工程领域的优势

　　正是由于虚拟现实技术对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性的不断追求，以及该技术所具有的沉浸性、交互性、多感知性的特点，该技术在土木工程领域中的应用，有效的推动了土木工程的发展。当前，土木工程中的虚拟现实技术已经涉及土木工程的各个学科，并且取得了很好的应用效果，显而易见，虚拟现实技术在土木工程领域中的应用所具有的优势非常明显。

　　三、图像虚拟现实技术在土木工程中的应用

　　(一)在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用

　　图像虚拟现实技术在土木工程中的施工过程和施工结构计算中的应用主要体现在如下几个方面：

　　第一、在土木工程中的施工过程和施工结构计算中，可以通过虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立工程施工的周围场景、施工构件以及机械设备等三维模型，从而可以形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统。

　　第二、图像虚拟现实技术在土木工程中的施工过程和施工结构计算中可以对系统中的模型进行虚拟装配，从而让系统中的模型具有动态性能，然后根据虚拟装配的结果，可以通过虚拟现实技术所提供的人机交互功能来对施工方案进行修改。

　　第三、复杂结构施工所涉及的环节较为复杂，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，等等都是设计施工方案时所必须考虑的问题。虚拟现实技术在复杂结构施工中的应用可以实现对这些因素进行综合分析，然后对实际施工进行指导，从而可以有效避免施工时安全事故的发生。

　　(二)在施工方案的选择及优化中的应用

　　就土木工程的施工而言，工程施工方案的选择和优化是工程施工的重要工作，同时也是确保工程施工质量的重要保证，可以对施工流向和施工程序进行明确，然后选择施工方法和施工机械，来安排施工顺序等。虚拟现实技术在施工方案的选择及优化中的应用，可以对各工程的施工方案进行虚拟施工和演示，通过虚拟演示结果来对施工方案进行比对，从而有效实现施工方案的选择及优化。

　　(三)在土木工程可视化计算领域的应用

　　可视化计算将是土木工程今后一个重要的发展方向，而虚拟现实技术在土木工程可视化计算领域中的应用，更是有效的推动了土木工程可视化计算技术的发展。其中虚拟现实技术在土木工程可视化计算领域的应用主要体现在如下几个方面：

　　第一、在对土木工程的可视化计算运用有限元法进行结构分析时，虚拟现实技术的应用，可以将三维物体中各点力的大小用深浅程度不同的颜色来进行标示，并用不同颜色来表示出不同的等力面。

　　第二、虚拟现实技术的应用在进行可视化计算时也可以任意变换角度，从任何点去观察。同时还可以利用虚拟现实技术所提供的人机交互功能，来对各种计算数据进行实时的修改，从而可以对各种方案及结果进行详细的比较。

　　第三、把基于虚拟现实的可视化计算技术应用于土木工程超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，可以有效增强相关可视化计算软件的处理能力。

　　第四、虚拟现实技术的应用，可以实现工程施工的动态演示以及施工预告图形的显示等。

　　第五、虚拟现实技术的应用，可以借助相关的图形或图像来实时动态地控制工程施工的相关数据，同时能实时动态的演示和控制设计相关的施工过程。

　　(四)建筑物、大型结构的风洞试验的可视化计算

　　虚拟现实技术在建筑物、大型结构的风洞试验的可视化计算中的应用可以有效克服传统的可视化计算中存在的各种缺陷。基于虚拟实验技术的风洞试验可以让用户提前感受到模拟的空气流场，如同站在真实的风洞里一样。而模拟出来的虚拟风洞效果可以让工程相关人员对多漩涡的复杂三维性质和效果以及空气循环区域的乱流现象进行分析，而这些分析，利用传统的数字仿真技术是很难实现的，而虚拟现实技术的应用就可以很好的解决这个问题。

　　显然，虚拟现实技术在建筑物、大型结构的风洞试验的可视化计算中的应用将有效推动土木工程的发展。

　　结语：随着虚拟现实技术的不断进步和发展，再加上计算机处理速度和性能的不断优化，虚拟现实技术的应用层面会越来越广，成长幅度会更大，尤其是在土木工程方面的应用。现在，虚拟现实技术还有很多技术有待进一步完善，而且在土木工程方向的研究方面还欠缺很多东西。所以我们还应该继续努力，开发有价值的虚拟现实技术和土木工程领域相结合的应用系统，使其在土木工程领域能够得到更广泛的应用。

　　参考文献：

　　[l]张玲. VR技术土木工程中的应用[J].沿海企业与科技，2008(10).

　　[2]张明磊. 虚拟现实技术土木工程中的应用[J].科技导刊，2008(10).

　　[3]沈金良.虚拟现实技术在工程设计中的应用[J].科技交流，2004(03).