虚拟现实技术在复杂建筑施工中的应用

姜涛

摘 要：随着我国国民经济的快速发展，建筑行业在我国得到了一定程度的提升与发展。近年来，建筑物的发展规模在不断地增加，相关的规模、功能、造型等都在不断地发展，呈现出复杂性的特征。同时，在建筑施工过程中所采用的工艺、方法也越来越多样化。因此，在复杂建筑的使用过程中通过应用现代化的虚拟现实技术就能够依据实际的施工情况来制定出科学、合理的施工方案，进而提升整个工程的施工质量。

关键词：虚拟现实技术 复杂建筑施工 应用

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（b）-0046-02

随着建筑工程持续不断地发展，工程在施工中的结构形式及体系都发生了一定程度的变化，在建筑设计与施工的过程中越来越注重其个性化的发展。新结构与新材料的使用极大程度地增加了空间结构的建设与标准与要求，由此也提升了对整个工程建筑设计方案在规划过程中的标准。对此，通过在复杂建筑施工设计中应用虚拟现实技术，就能够有效地保障整个工程施工方案的可行性及经济性，提升工程的安全性。

1 虚拟现实技术概述

1.1 虚拟现实的概念

虚拟现实是一种新型的综合性信息技术，将数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、传感器技术等多种现代化高科技技术进行有效融合。通过应用虚拟现实技术，就能够为用户创造一个实时的反映实体对象变化及相互作用的三维图像世界，进而从用户的视、听、嗅等多种感官来进行体验，并且能够帮助人们对微观世界中的相关事物运动、变化的规律进行观察。

1.2 虚拟现实的系统构成

在计算机中应用虚拟现实技术，就能够形成虚拟现实系统。其是由虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、输入设备以及输出设备这五个部分组成的。虚拟世界是一个能够从不同角度连续观察的世界，其中包括了三维模型及环境的定义数据库，虚拟现实软件能够为用户提供实时观察与参与虚拟世界的能力，输入设备是构造虚拟世界的主要设备，而输出设备则指显示器、头盔等一系列相关设备。

1.3 虚拟现实系统特性

在虚拟现实系统中，存在着沉浸性、交互性以及构想性这三种方面的特性。其中的沉浸性就是虚拟世界带给用户的一种真实感，能够让用户深陷其中，给用户一种身临其境的感觉，难以觉察与分辨自己所处的位置是虚拟还是现实。而交互性则是指用户在应用虚拟现实技术时，对虚拟环境中的物体进行操作以及获得的相关感知情况等。用户可以通过应用三维交互设备来直接对计算机所营造的这个虚拟世界进行感知，同时还能够从中获取相应的信息反馈。此外，虚拟现实系统的构想性是用户在虚拟世界的多维信息空间中依靠自身的感知及认知能力来获取相关的知识，并在虚拟现实系统中构造一些在现实中不存在的情境，并由此来找寻相关的解决办法。

2 虚拟现实技术在复杂施工中的应用

2.1 复杂结构设计及施工难点

近年来随着计算机技术在工程施工设计中的应用与辅助，不仅有效地提升了整个工程的设计质量，同时还有效地解决了在施工设计中的相关问题及困难。计算机辅助施工平面图设计的发展，提升了整个工程的设计速度，降低了人员劳动强度，且更直观地向人们展现了工程的设计方案，给之后的方案修改、生成等带来了极大的便利，实现了动态化的设计。

但是，在复杂建筑施工设计中，由于其中的结构构成都比较复杂，因而计算机辅助施工平面图设计已经不能够满足相关工程的设计要求。在工程设计的过程中需要考虑到相关的现场施工构件及机械设备之间的空间关系，同时在复杂工程施工中还涉及到了起重机的位置、高度以及缆风绳着力点的选择等。因此，虚拟现实技术在复杂建筑施工设计中应运而生。

在我国大多数工程的施工设计方案都是依靠拥有多年施工经验的技术人员凭借自身的经验设计、制定的。这种方式对整个工程的设计质量埋下了一个巨大的安全隐患，对整个工程的施工质量有着十分重要的影响。因此，需要在建筑工程，尤其是在复杂建筑工程的施工过程中通过应用虚拟现实技术来设计、制定相关的方案，提升生产效率、降低工程的生产成本，并保障整个工程的施工质量。基于此，在应用虚拟现实技术的时候，可以通过建立周围场景、结构构件以及机械设备等的三维CAD模型，由此形成一种具有一定功能的仿真系统，使其在进行工程设计的时候具有动态性的功能，在工程设计中进行人机交互、可视化环境的设计、修改与生成。

2.2 复杂工程施工过程仿真实现

（1）仿真平台的选择。

在应用虚拟现实技术进行复杂工程施工设计时，可以通过利用Enviusion软件来对工程施工的运动情况进行仿真以及进行动力仿真。同时还可以通过应用Mechanical Desktop3.0，Soild-edge6.0等相关的软件进行复杂工程的建模及设计。此外，在进行程序编写的时候可以通过采用VisualC++以及GSL等软件来编写相关的环境程度。

（2）建模以及静态组装。

在复杂工程施工设计建立相关模型过程中，需要针对不同的建模对象采用非参数化建模以及参数化建模的方法。其中的分参数化建模适用于有大量相同造型且尺寸变化较小的情况。而像这种复杂建筑工程，存在着很多形状复杂、尺寸标注多等情况时，就需要通过采用参数化的方式来建立相关的模型。因此，在复杂建筑设计时，需要将楼面、楼梯等相关模型输入到Enviusion模块之中，进而根据其中不同的特点及功能，组合成不同的机构。同时在Enviusion模块中，机构是能够进行独立运行的最小单位，通过对其进行定位就能够组装整个机构模型。

（3）运动仿真。

在进行复杂工程运功仿真设计时，数值插值法在仿真物体的运动上十分有用。通过应用数值插值法能够对相关物体的运动情况进行真实的模拟，进而减少了相关计算机的能力要求及标准。此外，在进行运动仿真的时候，还可以通过应用插值法的二次插值、三次插值以及Hemite插值等形式进行工程设计建模，由此来控制相关控件的非线性运动。

3 虛拟现实技术的应用实例

该案例模拟的是A市某商住楼的施工过程，该楼主要为框架结构。在施工设计的过程中通过应用三维软件以及音视频编辑软件来对施工现场及技术进行模拟。同时，使用三维互动软件还能够对模板实体进行模拟，进而实现三维动态人机交互。

通过应用AutoCAD软件来进行精确制图，并建立三维模型，导出DWG、3DS格式的文件。依据对工程的制图建立相关的场景模型，并进行材质的贴图。此外，在操作系统中还需要设定好周围的环境，模拟太阳光、人的观察角度、创设虚拟漫游环境等等，保存并导出C3D格式的文件。而后通过应用三维互动软件CULT3D对导出的C2D格式文件中的对象制定相关的动作及行为，例如：旋转、移动、缩放等，由此就能够形成一种虚拟三维互动，并能够通过互联网进行传输及浏览。而后将多个视频文件进行剪辑形成一个连续的视频文件，通过Photoshop软件进行图形处理都就能够形成一个效果图。

4 结语

将虚拟现实技术应用到复杂建筑工程的设计中，不仅能够通过三维图形、音像等形式来实时、动态化地对施工全过程进行模拟。同时还能够帮助相关技术人员更好地对施工现场进行观察，进行全方位、全面性的设计，进而协调每一道工序。随着计算机网络技术的不断发展与提升，虚拟现实技术能够得到更好的提升，更好地为广大人民群众的生产生活服务。

参考文献

[1] 黄华平.在建筑施工中引入虚拟现实技术[J].城市建设，2010（21）：150.

[2] 张利，张希黔，陶全军，等.虚拟建造技术及其应用展望[J].建筑技术，2013（5）：334-337.