虚拟现实技术在土木工程中的应用分析

黄 欢

（武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050）

随着我国经济的稳步发展，建筑企业随之蓬勃发展，土木工程的数量越来越多，规模越来越大，并且土木工程的结构也越来越复杂。人们对土木工程的技术水平越来越关注，建筑企业若想在激烈的市场竞争环境中，占据具有一定优势的位置，就需要促使土木工程建设朝着信息化、智能化、自动化的方向发展，以此充分满足现代人们对土木工程的个性化需求。因此，建筑企业在建设土木工程的过程中，应该加强虚拟现实技术的应用，成分发挥虚拟现实技术的重要应用优势。

1 虚拟现实技术的基本特征

1.1 浸没感

虚拟现实技术的一个基本特征就是浸没感，其是根据人们的听觉和视觉特点，利用计算机技术，形成的非真三维图像世界。使用者只需要将特定的头盔显示器戴在头上，被佩戴上数据手套等，就可以进入到这个虚拟的环境中。在虚拟环境中，使用者看到的各种事物就好像真实存在一样，感觉非常的真实。

1.2 交互性

虚拟现实系统中设置有一个人机交互系统，在这一系统中，使用者可以利用鼠标或者键盘与虚拟世界进行交互，也可以利用特定的头盔显示器和数据受到等与虚拟世界交互。在虚拟世界中，使用者可以通过自身的肢体动作等技能对虚拟世界中的食物进行观测和操作。由此可见，虚拟现实技术具有较强的交互性。

1.3 多感知性

在虚拟现实系统中安装有动觉系统、触觉系统、听觉系统和视觉系统都能够，所以，使用者在虚拟环境中可以获得多种感知，给使用者带来类似在真实世界的感受。多感知性也是虚拟现实技术的一个主要基本特征。

1.4 构想性

虚拟现实技术的构想性，又被称作自主性，体现了虚拟现实技术具有较为广阔和丰富的想象空间，可以有效的拓宽人们的视野，虚拟现实技术不单单可以构建出虚拟的环境，同时还可以再现现实环境。对于一个完整的虚拟现实系统来说，其主要是由高端计算机、特殊头盔、方位跟踪器、数据手套、语音识别器、声音合成和定位器构成。其中，高端计算机属于虚拟环境处理系统，特殊头盔属于视觉系统，方位跟踪器和数据手套属于人体方位姿态跟踪系统，语音识别器、声音合成和定位器属于听觉系统。

2 虚拟现实技术在土木工程中应用的重要优势

虚拟现实技术顾名思义就是对真实世界的一种模拟，通过传感技术、三维动态技术、计算机仿真系统等为使用者创设一个虚拟的世界，并给使用者带来多种真实感受。随着科学技术的不断发展与进步，虚拟现实技术也获得了新的突破，其凭借着自身具备的构想性、多感知性、交互性和浸没感基本特征，在多个领域中得以广泛的应用，并备受大众的喜欢。建筑企业同样也是虚拟现实技术的受益者，其在土木工程中的应用具有不可小觑的重要优势.

虚拟现实技术在土木工程设计、规划、成本计算、工程测量等环节的应用，可以通过三维模型的建立，直观的呈现土木工程的整体结构和土木工程环境等，这给土木工程工作人员的工作带来了很大便利，并且大大提高了工作人员的工作效率，其通常可以在较短的时间内就顺利的完成自身的工作。并且，虚拟现实技术在土木工程中的应用，还可以让客户直观的看到整个土木工程的概况，给客户带去更加生动、直观的感受，这样更加有助于获得客户的认可和满意，这对建筑企业良好企业形象的建立十分有利。由此可见，虚拟现实技术在土木工程中的应用具有较多的优势，建筑企业应该全面的认识到应用虚拟现实技术的重要性，并提高对该项技术应用的重视程度，从而实现土木工程技术水平的提高。

3 虚拟现实技术在土木工程中应用的有效途径

3.1 虚拟现实技术在土木工程设计中的应用

设计是建设土木工程中非常重要的一个环节，同时也是土木工程建设的重要基础，对土木工程后期能够顺利的完成建设起到决定性的作用，甚至影响着整体土木工程的质量。对于土木工程建设来说，其结构十分的复杂，并且施工环境具有多变性的特点，设计人员通常要花费很多的精力和时间去采集土木工程建设数据，并对这些数据进行全面的分析后，才能够绘制出一张完整的土木工程平面设计图。但是这张平面设计图往往不能够将土木工程各方面的数据都充分的沉陷出来。而虚拟现实技术的引进，则可以很好的解决这一问题，设计人员通过计算机就可以完成力学性能模型试验，避免了以往力学性能模型试验受气流、摩擦力等因素的影响，大大提高了力学性能试验的准确性，并且通过计算机就可以全面分析试验数据，同时还可以帮助设计人员选择出最佳的土木工程设计方案。

3.2 利用虚拟现实技术模拟土木工程施工

土木工程的施工规模一般较大，施工时间较长，在施工的过程中很容易受到人为因素、环境因素、天气因素等的影响，在施工中存在很大的动态变化可能。再加之，土木工程施工的环节较多，各个施工环节之间又具有密切的关联，不管在哪一个环节中出现差错，都会对土木工程整体质量和施工进度造成严重影响。因此，建筑企业可以在正式施工前，利用模拟现实技术模拟土木工程施工现场，将土木工程施工做涉及的所有数据信息输入到虚拟现实系统中，系统会对这些数据进行智能化评估，并根据这些数据信息制定最为适合的施工方案。经研究表明，通过虚拟现实系统制定的施工方案要比人工制定的施工方案要合理，并且考虑的因素更加的全面，通过合理计算土木工程施工成本和施工时间，制定出性价比相对较高的施工方案以为建筑企业提供参考。另外，虚拟现实系统还会整体土木工程施工的各个环节，理清各个施工环节之间的关系，这样就可以确保土木工程按部就班的进行各个环节的施工，便因为施工环节衔接错误而停工，对土木工程施工质量和施工进度造成影响。

3.3 在土木工程测量中应用虚拟现实技术

土木工程测量水平的提高，不单单可以确保土木工程建设可以更加顺利的完成，同时还可以防止在施工中发生施工变更的情况，并且还可以保障土木工程建设的质量。在土木工程的整个施工中需要进行测量的地方角度，测量类型主要包括：高程测量、距离测量和角度测量等。土木工程测量工作比较繁琐，稍有疏忽就可能出现误差，并且在测量的过程中存在很多因素影响着测量的结果。为了避免误差的出现，可以在土木工程测量中应用虚拟现实技术，首先，利用计算机收集土木工程施工环境信息。随后，利用虚拟现实技术构建土木工程虚拟模型。最后，虚拟现实系统会自动的对土木工程虚拟模型进行测量，并制作测量报告。这样不仅减少了土木工程测量人员的工作量，同时还提高了土木工程测量的准确度，并且还是实现了测量效率的提高。

3.4 在土木工程成果展示中应用虚拟现实技术

建筑施工企业在开展大型土木工程施工前，需要验证和展示土木工程具体施工方案，以此及时发现土木工程施工方案中存在的问题，并及时加以解决，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应用虚拟现实技术，可以将施工方案进行全方位的展示，包括各个小的细节，在正式开始施工前将整个土木工程的施工成果展示出来，以便对其中存在的不足之处及时进行弥补和优化。例如：某建筑施工企业在扩建大型桥梁建筑工程时，涉及有桥梁延长和扩宽施工，设计人员在设计完施工方案后，可以先将原始桥梁建筑工程的所有数据信息输入到虚拟显示系统中，利用这些数据构建原始桥梁模型，然后在将施工设计方案中的数据信息输入到该系统中，利用虚拟显示技术完成桥梁工程的桥墩架设，以此将最终的桥梁建筑工程的施工设计成果展示出来，同时利用先进的计算机技术，对桥梁建筑施工后的承重力和应力等进行全面的分析，在判断施工方案可行性和安全性的同时，及时发现其中存在的不足，并及时调整和优化。

4 虚拟现实技术在土木工程中应用的前景

在以往的土木工程行业中，人们通常只是利用比较抽象的理论和概念来表述该领域比较专业的内容。例如：立体建筑的三维图像，通常就是由立面设计图、剖面设计图和平面设计图等形成的，通过精简的专业术语和抽象化的图形来呈现建筑物的信息。然而这种建筑物建造信息呈现的方式，对于接受者来说具有一定的局限性，不同的接受者，其知识水平、从事工作的领域、理解能力等都有所不同，这样就很难实现接受者与建筑物之间的良好交流，更加难以实现信息的完整传递。

随着信息化时代的到来，虚拟现实技术被开发和广泛利用，虚拟现实技术在土木工程中的应用，则有效的解决了以往土木工程中存在的这些困难。通过虚拟现实技术的应用，不单单可以将虚拟的世界展示在人们的面前，同时还可以将真实的世界再现在人们的面前，打破以往土木工程在空间和时间上的局限，从真正意义上实现超越现实。而在虚拟世界中，人们可以感受到比较真实的三维立体图像，给人一种身处其中的感受，构成具有较强浸没感、交互性、多感知性和构想性的三维空间。虚拟现实技术属于一种具有较高计算机技术水平的新型高端人机接口，该项技术的运用，不仅可以给使用者带来逼真的感受，同时使用者还可以在虚拟世界中进行各种操作和运动。虚拟现实技术在土木工程领域中的应用前景一片大好。

5 结束语

综上所述，虚拟现实技术具有浸没感、交互性、多感知性和构想性的特征，正是因为该技术的这些基本特征，使其在多个领域中得以广泛的应用。虚拟现实技术在土木工程中的应用具有不可小觑的重要优势，不仅有助于提高工作人员的工作效率，同时还有助于建筑企业良好企业形象的建立。因此，建筑企业应该加大对虚拟现实技术的研究力度，并加强虚拟现实技术在土木工程中的应用。