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虛擬現(xiàn)實在工程領(lǐng)域的應(yīng)用

唐偉偉（ 江蘇天宇建設(shè)集團有限公司 ， 江蘇　揚州）

摘要：虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality簡稱VR），又稱靈境，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計算機高級人機界面?；?a target="_blank">虛擬現(xiàn)實的仿真技術(shù)和可視化技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜的建筑施工，能有效地保證建筑施工方案的可行性、經(jīng)濟性以及施工過程的安全性，并有利于施工管理的動態(tài)控制。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實； 虛擬現(xiàn)實技術(shù)； 仿真； 可視化

1 虛擬現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1 .1 虛擬現(xiàn)實

概括地說，虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式。虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境， 它可以是實際上可實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬” 是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自 己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

1 .2虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項綜合集成技術(shù)，它綜合利用了計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自 然的方式與之進(jìn)行實時交互，使用者進(jìn)行位置移動時，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在模擬施工過程中的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在施工過程中應(yīng)用意義

現(xiàn)代建筑施工過程是一項十分復(fù)雜的活動，每一個工程都是一個大型、復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系都發(fā)生了巨大的變化。建筑產(chǎn)品作為一件凝固的藝術(shù)品，越來越追求單體產(chǎn)品的個性。新結(jié)構(gòu)和新材料的使用大跨度空間結(jié)構(gòu)、高層超高層建筑、復(fù)雜地質(zhì)條件下的地下結(jié)構(gòu)等不斷現(xiàn)。這些大體量的結(jié)構(gòu)形式施工方案的制定需要綜合考慮多方面的因素，只依靠施工人員多年積累的實踐經(jīng)驗或習(xí)慣作法，施工的質(zhì)量是難以保證的。對于這些工作，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜的建筑施工，能有效地保證建筑施工方案的可行性、經(jīng)濟性，施工過程的安全性，并有利于施工管理的動態(tài)控制。

2.2　虛擬現(xiàn)實技術(shù)在施工方案的優(yōu)化和選取中的應(yīng)用

在建筑施工項目招投標(biāo)過程中，各施工企業(yè)都會準(zhǔn)備一套完整的該項目的施工方案和計劃安排。通過將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，可以逼真地展現(xiàn)建成后的項目是否與周圍環(huán)境匹配，以優(yōu)化規(guī)劃方案；建立三維虛擬場景，使建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)計協(xié)同進(jìn)行；通過改變視點和光源設(shè)計，修改材質(zhì)等，方便設(shè)計師和顧客溝通和評價處于設(shè)計階段的各種方案， 從而提高設(shè)計效果和設(shè)計質(zhì)量。在建筑施工階段，通過虛擬仿真在施工前對施工全過程或其中的關(guān)鍵過程進(jìn)行模擬施工，以驗證施工方案的可行性以及優(yōu)化施工方案；對重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算機模擬試驗以分析影響項目的安全因素，從而達(dá)到控制質(zhì)量和施工安全的目的。通過模擬局部施工過程，選擇合理的施工方案。施工過程中結(jié)構(gòu)吊裝，主要包括梁、板、柱以及一些特殊構(gòu)件的吊裝，一直以來是技術(shù)難關(guān)。 通過將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機軟件開發(fā)相結(jié)合， 對結(jié)構(gòu)吊裝過程，可以制作出吊裝動畫，對于各種形式和類型的構(gòu)件，采用塔吊或者履帶吊作為吊裝機械的，不僅可以比較形象的顯示整個吊裝過程，更重要的是可以針對施工現(xiàn)場具體的布置情況，合理地選取構(gòu)件吊裝路徑和方式，形成比較準(zhǔn)確且可行的吊裝方案。而施工現(xiàn)場的碰撞檢測更是必須考慮的問題，通過相應(yīng)的施工現(xiàn)場平面設(shè)計軟件可以將材料進(jìn)場、搬運，設(shè)備運行中與場地、構(gòu)件的碰撞，構(gòu)件安裝過程的避讓等真實表現(xiàn)出來，從而協(xié)助技術(shù)人員選取合適的方案。這些應(yīng)用都將大大提高建設(shè)項目的實施效果和管理效率，更提高了現(xiàn)場施工的安全性。

2.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在糾偏施工中的應(yīng)用

通過仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題。因為施工是動態(tài)過程，因此必須保證整個施工過程中各道工序一致、準(zhǔn)確地協(xié)同運作，同時還要確保不斷變化的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布仍在安全范圍。而傳統(tǒng)的靜態(tài)計算技術(shù)已不能對施工過程中測得的大量信息資料進(jìn)行綜合，也無法跟蹤各工序的效果和結(jié)構(gòu)的變化， 更不能對復(fù)雜程序的施工方案進(jìn)行優(yōu)化， 虛擬現(xiàn)實技術(shù)正可以彌補這一缺點。通過使用計算機工具分析建筑物建立模型，應(yīng)用可視化方法做出工程施工方案。即利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)造一個虛擬施工環(huán)境，在此虛擬環(huán)境中， 工程技術(shù)人員可以對施工環(huán)境、施工方案、施工步驟進(jìn)行虛擬操作， 而虛擬環(huán)境中的施工現(xiàn)場、施工措施及其作用效果、施工過程和現(xiàn)實世界中一致。所以技術(shù)人員可以通過該虛擬施工環(huán)境對施工方案進(jìn)行驗證、選擇和優(yōu)化，采取不同的施工構(gòu)件、施工工藝，并允許根據(jù)動態(tài)過程不斷修改設(shè)計參數(shù)，使施工方案達(dá)到較滿意的效果。但是糾偏仿真模擬過程中需要在虛擬環(huán)境中建立結(jié)構(gòu)的三維模型，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計和動態(tài)模擬施工方案，并根據(jù)動態(tài)分析結(jié)構(gòu)反饋施工設(shè)計。

3結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)已基本應(yīng)用到建筑產(chǎn)業(yè)鏈的全過程。從規(guī)劃構(gòu)思、方案可行性研究、建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工管理和施工方案制定等全過程，虛擬現(xiàn)實技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用，而且技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景十分廣闊。但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項高尖端技術(shù)，它還有很多不完普的地方，相信通過人類不斷地改進(jìn)，它將改變?nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)理念，帶給工程界一個嶄新的天地。

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