虚拟现实在工程领域的应用

唐伟伟（ 江苏天宇建设集团有限公司 ， 江苏　扬州）

摘要：虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，虚拟现实技术（Virtual Reality简称VR），又称灵境，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。基于虚拟现实的仿真技术和可视化技术应用于复杂的建筑施工，能有效地保证建筑施工方案的可行性、经济性以及施工过程的安全性，并有利于施工管理的动态控制。

关键词： 虚拟现实； 虚拟现实技术； 仿真； 可视化

1 虚拟现实与虚拟现实技术

1 .1 虚拟现实

概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境， 它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟” 是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自 己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。

1 .2虚拟现实技术

虚拟现实技术是一项综合集成技术，它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自 然的方式与之进行实时交互，使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。

2虚拟现实技术在模拟施工过程中的应用

2.1 虚拟现实技术在施工过程中应用意义

现代建筑施工过程是一项十分复杂的活动，每一个工程都是一个大型、复杂的动态系统。随着建筑业的发展，结构形式和结构体系都发生了巨大的变化。建筑产品作为一件凝固的艺术品，越来越追求单体产品的个性。新结构和新材料的使用大跨度空间结构、高层超高层建筑、复杂地质条件下的地下结构等不断现。这些大体量的结构形式施工方案的制定需要综合考虑多方面的因素，只依靠施工人员多年积累的实践经验或习惯作法，施工的质量是难以保证的。对于这些工作，虚拟现实技术应用于复杂的建筑施工，能有效地保证建筑施工方案的可行性、经济性，施工过程的安全性，并有利于施工管理的动态控制。

2.2　虚拟现实技术在施工方案的优化和选取中的应用

在建筑施工项目招投标过程中，各施工企业都会准备一套完整的该项目的施工方案和计划安排。通过将虚拟现实技术与计算机技术相结合，可以逼真地展现建成后的项目是否与周围环境匹配，以优化规划方案；建立三维虚拟场景，使建筑、结构、设备设计协同进行；通过改变视点和光源设计，修改材质等，方便设计师和顾客沟通和评价处于设计阶段的各种方案， 从而提高设计效果和设计质量。在建筑施工阶段，通过虚拟仿真在施工前对施工全过程或其中的关键过程进行模拟施工，以验证施工方案的可行性以及优化施工方案；对重要结构进行计算机模拟试验以分析影响项目的安全因素，从而达到控制质量和施工安全的目的。通过模拟局部施工过程，选择合理的施工方案。施工过程中结构吊装，主要包括梁、板、柱以及一些特殊构件的吊装，一直以来是技术难关。 通过将虚拟现实技术与计算机软件开发相结合， 对结构吊装过程，可以制作出吊装动画，对于各种形式和类型的构件，采用塔吊或者履带吊作为吊装机械的，不仅可以比较形象的显示整个吊装过程，更重要的是可以针对施工现场具体的布置情况，合理地选取构件吊装路径和方式，形成比较准确且可行的吊装方案。而施工现场的碰撞检测更是必须考虑的问题，通过相应的施工现场平面设计软件可以将材料进场、搬运，设备运行中与场地、构件的碰撞，构件安装过程的避让等真实表现出来，从而协助技术人员选取合适的方案。这些应用都将大大提高建设项目的实施效果和管理效率，更提高了现场施工的安全性。

2.3虚拟现实技术在纠偏施工中的应用

通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题。因为施工是动态过程，因此必须保证整个施工过程中各道工序一致、准确地协同运作，同时还要确保不断变化的结构内力分布仍在安全范围。而传统的静态计算技术已不能对施工过程中测得的大量信息资料进行综合，也无法跟踪各工序的效果和结构的变化， 更不能对复杂程序的施工方案进行优化， 虚拟现实技术正可以弥补这一缺点。通过使用计算机工具分析建筑物建立模型，应用可视化方法做出工程施工方案。即利用虚拟现实技术构造一个虚拟施工环境，在此虚拟环境中， 工程技术人员可以对施工环境、施工方案、施工步骤进行虚拟操作， 而虚拟环境中的施工现场、施工措施及其作用效果、施工过程和现实世界中一致。所以技术人员可以通过该虚拟施工环境对施工方案进行验证、选择和优化，采取不同的施工构件、施工工艺，并允许根据动态过程不断修改设计参数，使施工方案达到较满意的效果。但是纠偏仿真模拟过程中需要在虚拟环境中建立结构的三维模型，并进行参数化设计和动态模拟施工方案，并根据动态分析结构反馈施工设计。

3结语

虚拟现实技术已基本应用到建筑产业链的全过程。从规划构思、方案可行性研究、建筑设计、结构设计、施工管理和施工方案制定等全过程，虚拟现实技术都发挥了巨大的作用，而且技术潜力巨大，应用前景十分广阔。但是虚拟现实技术是一项高尖端技术，它还有很多不完普的地方，相信通过人类不断地改进，它将改变人们的传统理念，带给工程界一个崭新的天地。

参考文献

[1] 廖明 军.虚拟现实技术在土木工程中的应用 [J].北华大学学报,2006(7).

[2] 郑丹丹.虚拟现实技术在建筑施工中的应用[J].科技信息,2008(21).

[3] 黄明.虚拟现实技术在建筑施工中的应用[J].应用科学,2010(1).

[4] 高永刚.建筑工程可视化施工模拟[J].工程三维模型与虚拟现实表现,2009.

[5] 赵海涛,刘 越平.基于虚拟现实 的 建筑纠 偏施工[J].施工技术,2005(2).

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