虛擬現實技術在土木工程中的應用分析

黃 歡

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

隨著我國經濟的穩步發展，建筑企業隨之蓬勃發展，土木工程的數量越來越多，規模越來越大，并且土木工程的結構也越來越復雜。人們對土木工程的技術水平越來越關注，建筑企業若想在激烈的市場競爭環境中，占據具有一定優勢的位置，就需要促使土木工程建設朝著信息化、智能化、自動化的方向發展，以此充分滿足現代人們對土木工程的個性化需求。因此，建筑企業在建設土木工程的過程中，應該加強虛擬現實技術的應用，成分發揮虛擬現實技術的重要應用優勢。

1 虛擬現實技術的基本特征

1.1 浸沒感

虛擬現實技術的一個基本特征就是浸沒感，其是根據人們的聽覺和視覺特點，利用計算機技術，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，被佩戴上數據手套等，就可以進入到這個虛擬的環境中。在虛擬環境中，使用者看到的各種事物就好像真實存在一樣，感覺非常的真實。

1.2 交互性

虛擬現實系統中設置有一個人機交互系統，在這一系統中，使用者可以利用鼠標或者鍵盤與虛擬世界進行交互，也可以利用特定的頭盔顯示器和數據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作等技能對虛擬世界中的食物進行觀測和操作。由此可見，虛擬現實技術具有較強的交互性。

1.3 多感知性

在虛擬現實系統中安裝有動覺系統、觸覺系統、聽覺系統和視覺系統都能夠，所以，使用者在虛擬環境中可以獲得多種感知，給使用者帶來類似在真實世界的感受。多感知性也是虛擬現實技術的一個主要基本特征。

1.4 構想性

虛擬現實技術的構想性，又被稱作自主性，體現了虛擬現實技術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，虛擬現實技術不單單可以構建出虛擬的環境，同時還可以再現現實環境。對于一個完整的虛擬現實系統來說，其主要是由高端計算機、特殊頭盔、方位跟蹤器、數據手套、語音識別器、聲音合成和定位器構成。其中，高端計算機屬于虛擬環境處理系統，特殊頭盔屬于視覺系統，方位跟蹤器和數據手套屬于人體方位姿態跟蹤系統，語音識別器、聲音合成和定位器屬于聽覺系統。

2 虛擬現實技術在土木工程中應用的重要優勢

虛擬現實技術顧名思義就是對真實世界的一種模擬，通過傳感技術、三維動態技術、計算機仿真系統等為使用者創設一個虛擬的世界，并給使用者帶來多種真實感受。隨著科學技術的不斷發展與進步，虛擬現實技術也獲得了新的突破，其憑借著自身具備的構想性、多感知性、交互性和浸沒感基本特征，在多個領域中得以廣泛的應用，并備受大眾的喜歡。建筑企業同樣也是虛擬現實技術的受益者，其在土木工程中的應用具有不可小覷的重要優勢.

虛擬現實技術在土木工程設計、規劃、成本計算、工程測量等環節的應用，可以通過三維模型的建立，直觀的呈現土木工程的整體結構和土木工程環境等，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^短的時間內就順利的完成自身的工作。并且，虛擬現實技術在土木工程中的應用，還可以讓客戶直觀的看到整個土木工程的概況，給客戶帶去更加生動、直觀的感受，這樣更加有助于獲得客戶的認可和滿意，這對建筑企業良好企業形象的建立十分有利。由此可見，虛擬現實技術在土木工程中的應用具有較多的優勢，建筑企業應該全面的認識到應用虛擬現實技術的重要性，并提高對該項技術應用的重視程度，從而實現土木工程技術水平的提高。

3 虛擬現實技術在土木工程中應用的有效途徑

3.1 虛擬現實技術在土木工程設計中的應用

設計是建設土木工程中非常重要的一個環節，同時也是土木工程建設的重要基礎，對土木工程后期能夠順利的完成建設起到決定性的作用，甚至影響著整體土木工程的質量。對于土木工程建設來說，其結構十分的復雜，并且施工環境具有多變性的特點，設計人員通常要花費很多的精力和時間去采集土木工程建設數據，并對這些數據進行全面的分析后，才能夠繪制出一張完整的土木工程平面設計圖。但是這張平面設計圖往往不能夠將土木工程各方面的數據都充分的沉陷出來。而虛擬現實技術的引進，則可以很好的解決這一問題，設計人員通過計算機就可以完成力學性能模型試驗，避免了以往力學性能模型試驗受氣流、摩擦力等因素的影響，大大提高了力學性能試驗的準確性，并且通過計算機就可以全面分析試驗數據，同時還可以幫助設計人員選擇出最佳的土木工程設計方案。

3.2 利用虛擬現實技術模擬土木工程施工

土木工程的施工規模一般較大，施工時間較長，在施工的過程中很容易受到人為因素、環境因素、天氣因素等的影響，在施工中存在很大的動態變化可能。再加之，土木工程施工的環節較多，各個施工環節之間又具有密切的關聯，不管在哪一個環節中出現差錯，都會對土木工程整體質量和施工進度造成嚴重影響。因此，建筑企業可以在正式施工前，利用模擬現實技術模擬土木工程施工現場，將土木工程施工做涉及的所有數據信息輸入到虛擬現實系統中，系統會對這些數據進行智能化評估，并根據這些數據信息制定最為適合的施工方案。經研究表明，通過虛擬現實系統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，通過合理計算土木工程施工成本和施工時間，制定出性價比相對較高的施工方案以為建筑企業提供參考。另外，虛擬現實系統還會整體土木工程施工的各個環節，理清各個施工環節之間的關系，這樣就可以確保土木工程按部就班的進行各個環節的施工，便因為施工環節銜接錯誤而停工，對土木工程施工質量和施工進度造成影響。

3.3 在土木工程測量中應用虛擬現實技術

土木工程測量水平的提高，不單單可以確保土木工程建設可以更加順利的完成，同時還可以防止在施工中發生施工變更的情況，并且還可以保障土木工程建設的質量。在土木工程的整個施工中需要進行測量的地方角度，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誤差，并且在測量的過程中存在很多因素影響著測量的結果。為了避免誤差的出現，可以在土木工程測量中應用虛擬現實技術，首先，利用計算機收集土木工程施工環境信息。隨后，利用虛擬現實技術構建土木工程虛擬模型。最后，虛擬現實系統會自動的對土木工程虛擬模型進行測量，并制作測量報告。這樣不僅減少了土木工程測量人員的工作量，同時還提高了土木工程測量的準確度，并且還是實現了測量效率的提高。

3.4 在土木工程成果展示中應用虛擬現實技術

建筑施工企業在開展大型土木工程施工前，需要驗證和展示土木工程具體施工方案，以此及時發現土木工程施工方案中存在的問題，并及時加以解決，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用虛擬現實技術，可以將施工方案進行全方位的展示，包括各個小的細節，在正式開始施工前將整個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進行彌補和優化。例如：某建筑施工企業在擴建大型橋梁建筑工程時，涉及有橋梁延長和擴寬施工，設計人員在設計完施工方案后，可以先將原始橋梁建筑工程的所有數據信息輸入到虛擬顯示系統中，利用這些數據構建原始橋梁模型，然后在將施工設計方案中的數據信息輸入到該系統中，利用虛擬顯示技術完成橋梁工程的橋墩架設，以此將最終的橋梁建筑工程的施工設計成果展示出來，同時利用先進的計算機技術，對橋梁建筑施工后的承重力和應力等進行全面的分析，在判斷施工方案可行性和安全性的同時，及時發現其中存在的不足，并及時調整和優化。

4 虛擬現實技術在土木工程中應用的前景

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

隨著信息化時代的到來，虛擬現實技術被開發和廣泛利用，虛擬現實技術在土木工程中的應用，則有效的解決了以往土木工程中存在的這些困難。通過虛擬現實技術的應用，不單單可以將虛擬的世界展示在人們的面前，同時還可以將真實的世界再現在人們的面前，打破以往土木工程在空間和時間上的局限，從真正意義上實現超越現實。而在虛擬世界中，人們可以感受到比較真實的三維立體圖像，給人一種身處其中的感受，構成具有較強浸沒感、交互性、多感知性和構想性的三維空間。虛擬現實技術屬于一種具有較高計算機技術水平的新型高端人機接口，該項技術的運用，不僅可以給使用者帶來逼真的感受，同時使用者還可以在虛擬世界中進行各種操作和運動。虛擬現實技術在土木工程領域中的應用前景一片大好。

5 結束語

綜上所述，虛擬現實技術具有浸沒感、交互性、多感知性和構想性的特征，正是因為該技術的這些基本特征，使其在多個領域中得以廣泛的應用。虛擬現實技術在土木工程中的應用具有不可小覷的重要優勢，不僅有助于提高工作人員的工作效率，同時還有助于建筑企業良好企業形象的建立。因此，建筑企業應該加大對虛擬現實技術的研究力度，并加強虛擬現實技術在土木工程中的應用。