虚拟技术论文

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虚拟技术论文范文第1篇

虚拟现实技术可利用计算机产生一个以自然的视、听、触等功能感受的三维环境，人们可以方便地对生成的“虚拟世界”进行交互式的观察、分析、操作和控制。它以仿真方式给用户创造了一个实时反映实体变化与相互作用的界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，它具有多媒体信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特点。利用虚拟现实技术创建出逼真的矿山工程环境对优化系统设计具有重要的实用价值。

为了给用户创建一个能使其感到身临其境和沉浸其中的环境，必要的条件就是根据需要能在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象：不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似，而且要求在形态、光照、质感等方面十分逼真。

目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。

1．1模型构建软件

MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。

1．2支持视景生成的语言——OpenGL

应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。

()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。

1．3视景漫游软件

Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。

2地质构造情况的模拟

对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。

综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。

MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。

3地形地貌及地物的模拟

地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。

地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。

对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。

4矿山井下巷道建模

目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。

使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。

5虚拟巷道系统的建立

虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。

5．1矿井巷道的建模

矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。

5．2虚拟巷道场景的绘制

对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。

对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。

6结语

应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。

参考文献：

[1]古德生．金属矿山深部开采中的科学问题[A]．香山科学会议第175次学术讨论会[c]．北京：2001．

[2]乔林，费广正等．OpenGI程序设计[M]．北京：科学出版社，2002：130～134．

[3]齐安文等．三维地学模拟述评及其矿山应用关键问题．《中国矿业》．2001(5)：10．

[4张瑞新、任延祥．虚拟现实技术及采矿工程中的应用．《中国矿业大学学报》，1998(3)：27

虚拟技术论文范文第2篇

在传统的实验教学中，依赖的是硬件实验设备，这种实验设备价格昂贵，建设一个实验室至少需要30～40万元，在使用的过程中因为学生不能够熟练操作实验设备和仪器，容易造成损坏，维护费用也很高，使得很多实验教学很难开展。虚拟实验管理平台(建设成本大大低于硬件实验室)放置在学校的网络服务器中即可，依靠信息技术在计算机上最大程度地模拟出与硬件实验相同的实验环境，并且提供实验教学和管理一体化功能。平台内可以由教师设计验证性典型实验并制定实验评分标准，平台会根据学生实际实验情况并依据评分标准计算出学生实验成绩和学生在实验过程中出现的错误及存在的问题，教师再针对性普遍存在的问题进行讲解，做到教学重点突出。虚拟实验管理平台内部具有各种电子元器件和仪器仪表用以进行设计、连接、配置和调试，并可以根据需要进行添加，器件库比硬件实验室配备更加丰富。只要具备网络，学生可以利用任何能够支配的时间反复设计电子技术实验，即使是多个班级的学生同时做实验也可以，这样就解决了实验时间和实验场所受限的问题，实验过程不会造成设备的损耗;平台内部含有帮助功能，学生在自主实验过程中遇到问题可以自行查询解决问题，增强了学生的自学能力。

2采用虚拟实验管理平台和虚拟仿真软件的对比研究

虚拟仿真软件中元件采用的是元器件符号，仪器仪表采用例化的符号，界面方便整洁、易于调试，但是对于学生认知的能力帮助不大;虚拟实验管理平台内部的元器件和仪表仪器，是按照实际器件模型来进行建模。比如对于电阻来说，采用和实际实物相同的色环电阻，这对于学生认识实验器件和设备具有很大的帮助作用，对于仪器仪表也都是采用和实际仪表相同的操作界面，直观性强，可操作性高，避免了学生在实际实物操作过程中因为不熟悉实验设备而产生损失。虚拟实验管理平台中，在设计搭建电路之前要考虑元器件在整个区域的排放位置，如果摆放不正确就需要删除后重新搭建，这类似于在实际面包板中搭建电路，在设计电路之前必须先对整体进行布局思考;在仿真软件中搭建电路的整体摆放特别方便，如果有错误也可以进行整体移动。从这一点来说，采用虚拟实验管理平台没有采用虚拟仿真软件方便快捷，但是有利于学生提前思考能力的培养，尽量把问题解决在发生之前。对于虚拟实验管理平台和虚拟仿真软件相比，仿真软件的功能更强大，虚拟实验管理平台更加针对学生日常实验，而仿真软件更针对学生进行大型设计。在仿真软件中，如果有两条导线相连一般通过节点的方式，在虚拟实验管理平台中一般通过接到连接的器件管脚的方式，因为在实际中用面包板，不能够使用裸线，因此它们之间的相连是通过接到对应器件节点的方式。针对模拟电子技术课程中的三极管放大电路分别采用虚拟仿真软件和虚拟实验管理平台进行实验，并在学生实验后针对这两种方法和采用硬件实验进行了比较，95%以上的学生认为采用虚拟实验管理平台的方式比采用虚拟仿真软件的方式更加接近真实实验环境，如果能在课程实验中先进行虚拟平台实验，再进行真实实验互补的实验的模式能更加有效地促进实验能力。

3结论

虚拟技术论文范文第3篇

在计算机技术当中应用虚拟化技术，需要能够支持可虚拟化的机器，保证机器为虚拟化提供发展环境。系统管理程序是当前平台硬件与系统管理程序的抽象化体现，具有隐性含义[1]。基于一定角度分析，该管理系统被称之为是具体操作系统，即主机操作系统。管理系统的上一层结构是客户操作系统，即所谓的虚拟机。不同的虚拟机与主机系统之间存在一定区别，表现出相互隔离的关系。

二、计算机技术中虚拟化工作的运行方式

2.1桥接模式

桥接模式是虚拟化技术的一种表现形式，此种方式主要是利用虚拟化软件在局域网基础之上构建一个全新的虚拟服务器，保证为计算机用户提供健全的网络服务体系，并将虚拟机当做主机系统进行操作应用，与其他计算机硬件设备相连接。在同一网络中，分配相应的网络地址、子网掩护以及网关内容，确保每一项内容与实际运行并无差异，实现虚拟主机与主机的正常网络访问。

2.2网络地址转换模式

运用网络地址转换模式，可实现自动访问局域网络。采用此种工作方式，其根本目的在于虚拟技术接入到互联网当中较为快捷，不需要进行额外的配置与具体操作，在宿主机能够正常访问网络的基础之上，达到访问互联网的目的。在这一方面，虚拟机则更像是一台真实的计算机，通过DHCP获取网络参数[2]。

2.3主机模式

在计算机网络环境下，想要实现特定环境下对真实与虚拟环境进行分析，运用主机模式较为快捷。运用此种方式，在保证主机与虚拟机有效隔离的同时，还能够控制虚拟机的网络访问。在主机模式下，虚拟系统只能够基于主机系统的基础之上进行网络访问，基于DHCP服务器确定动态分配。

三、计算机技术中虚拟化技术的运用措施

3.1构建虚拟应用开发环境

虚拟应用开发环境的构建，是虚拟化技术在计算机技术当中运用的前提条件。良好的虚拟应用开发环境，对提升在计算机技术当中的应用效用至关重要。虚拟应用的开发条件，需摒弃传统的观念。因此，计算机操作人员可基础虚拟化技术的研究下，在一定范围内构建小规模的开发环境，为虚拟化技术的应用效果提供前提保障。

3.2对异构资源进行整合

虚拟化技术在当前计算机技术当中的应用，其中存在的主要问题是硬件不同品牌以及不同供货商所能够提供的硬件设备与资源不匹配，产生严重的功耗损耗。因此，对于上述问题，需要充分运用虚拟化技术，将异构资源进行整合，在降低成本的同时，为计算机用户提供良好以及统一的系统环境，实现协调性发展。

3.3提升系统安全性

虚拟化技术在计算机技术当中的运用，其根本的阻碍因素是系统缺乏安全的环境，知识虚拟化技术安全问题得不到保障。对此方面的内容，计算机技术人员需要尽最大努力，提升系统安全性因素。可采取建立VMM，通过专业化手段为虚拟化技术在计算机技术中的运用提供安全可靠的数据平台，基于安全角度提升系统实效性[3]。总之，提升系统的安全性不但为用户提供了良好并安全的发展环境，还能够推动虚拟化技术水平的健全与完善。上述三种方法，是基于计算机技术以及虚拟化技术的角度进行分析，提出具体建议。虚拟化技术在计算机技术当中的应用，涉及的内容以及涵盖范围较为广泛，还需相关学者进一步研究，为虚拟化技术提供良好的发展环境。

四、结论

虚拟技术论文范文第4篇

计算机技术用于建筑设计已有多年,计算机辅助设计(CAD),主要是帮助设计者把设计、计算、画图、数据存储和处理等繁重工作交给计算机完成,而设计者把主要精力用于创造性构思。计算机产生的设计结果,可通过图形设备向设计者展示,并可模拟,允许设计者作出修改。虚拟现实(简称

VR)技术能创造身临其境的感觉。

虚拟现实也称虚拟环境或虚拟真实环境,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术,它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络并行处理,利用计算机生成的三维空间形象实现的目标合成技术,通过视、听、触觉,以图表及动画方式呈现,让观看者“眼见为明”。它改变了传统的计算机辅助设计被动静态的信息传递方式。它的特性包括:(1)交互性(interactive);(2)想像性(imagination);(3)沉浸性(immersion)。虚拟现实就建筑视觉模拟的可行性而言,应用领域可包括:建筑物模拟、室内设计模拟、城市景观模拟、施工过程模拟、物理环境模拟、防灾模拟、历史性建筑模拟等。在建筑设计中既要进行空间形象思维,又要考虑到以用户的感受为核心,是一连串的创新过程,包括规划、设计、建设施工、维护等。巨大的成本和不可逆的执行程序,不能出现过多的差错,虚拟现实是一种可以创造和体现虚拟世界的计算机系统,虚拟世界是整体虚拟环境或给定仿真的对象的全体,充分利用计算机辅助设计和虚拟现实,可减轻设计人员的劳动强度,缩短设计周期,提高设计质量,节省投资。虚拟现实技术在建筑设计中应用广泛。

2展示建筑物的整个信息

现阶段的二维、三维的表达方式,只能传递建筑物部分属性的信息,并且只能提供单一尺度的建筑物信息,使用虚拟现实技术可展示一栋活生生的虚拟建筑物,使人产生身临其境之感,设计不仅仅是设计者的事,住户、管理部门都可起到辅助决策的作用。

3远距离浏览

设计者设计的建筑物与工程单位可以相互沟通交流,通过万维网达到远距离浏览,也可以以计算机语言开发与虚拟现实造型语言整合,虚拟现实用于Internet网中提高其普遍性与实用性。

4实时多方案比较

在建筑设计过程中,一般都会对设计的建筑物提出不同的设计方案,对未来建筑物的形象做多种设想,在虚拟的建筑三维空间中,可以实时地切换不同的方案,在同一个观察点或同一个观察序列中感受不同的建筑外观,这样,有助于比较不同的建筑方案的特点与不足,以便进一步进行决策。事实上,利用虚拟现实技术不但能够对不同方案进行比较,而且可以对某个特定的局部作修改,并实时地与修改前的方案进行分析比较。

5专用的人机接互

人机接口是使用者与计算机沟通的桥梁,它是代表使用者意图的转换及计算机程序的执行,良好的人机接口的建立,可减少使用者对系统的学习时间和增强系统的使用效率。在虚拟现实技术建筑设计中,必须有特定的人机接口模式:(1)使用者模式。使用者直接进入虚拟现实中,进行观测

与互动操作,以第一人称的观测方式,进行虚拟现实的沉浸观察,隐藏的接口,只有在使用时才出现;(2)者模式。在虚拟现实中,常因沉浸环境与现实环境的感性差距,而造成空间迷失现象,以至于使用者无法掌握虚拟现实中的状态,以空间者的虚拟环境信息的提供,以第一和第二人称的观察方式,进行虚拟环境中的观测;(3)监控模式。使用者以第三人称的方式,监控虚拟现实中所有的现实状态,并进行虚拟物的监视与控制,而接口的产生与虚拟现实的种类并无绝对的关系;(4)浸入操作模式。将控制虚拟现实物的接口,置于虚拟现实中,以进行仿真式的操作模拟,使用者以

第一人称的操作方式,对虚拟物进行控制。从系统整合的观点来分析建筑设计,系统的接口连结不

当,影响设计质量和施工程序。

虚拟现实系统基本上有两种:模型式和图像式。以模型式虚拟现实,以虚拟现实造型语言(简称VRML)为主要描述语言,使得建筑设计可用计算机进行三维建模,利用效果图和三维施工图与资料库,并利用虚拟现实技术连结到资料库作为实时模拟操作。虚拟现实造型语言,可用来在万维网(3W)中定义与更多信息相关联的三维世界的布局和内容,使之能够在一个交互的三维空间中很容易地被表达出来。当虚拟现实造型语言浏览器启动后,它会将虚拟现实造型语言中的信息解释成虚拟现实造型语言空间中的建筑物的几何形体的描述,一旦VRML空间被用户的浏览器解释,它将提供实时显示,一秒钟可以显示多次,这样,用户的机器上将会有一个活动的场景。

6应用实例

荷兰的虚拟现实技术起步较快,Eindoven大学的Calibre研究院已用虚拟现实技术进行设计和咨询,他们开发的软件包由一组类CAD的函数组成,称为CAAD软件,为建筑结构的创建、修改和可视化提供了工具包,它支持AutoCADDXF文件的输入输出,而且能够用于虚拟环境中增加动画和对象的动态行为。已用该系统模型化了一座小城市,具体目标是在河中小岛上设计一栋博物馆。这座城市由好几百栋建筑物组成,坐落在河边斜坡上,可以俯瞰小岛。首先,数字化该城市的地图,创建基本的AutoCAD模型;其次,按真实三维位置安排每栋建筑物,同时也考虑山坡的轮廓;再次,加上建筑细节,如门框和窗框设计,以便标准地表现该城市的美学特征。该应用实例让人们领略了该领域和他们所取得的成果。

在美国洛杉矶和费城的虚拟建筑三维模拟系统被认为是全球最成功的虚拟建筑模拟系统之一。各国对虚拟现实技术都在研究和应用,我国也一样,在虚拟世界建筑方面,都已制作和展示了复杂的虚拟世界模型。虚拟现实技术所涉领域十分广泛,技术潜力巨大,在建筑设计中应用前景广阔,但软硬件投资巨大,可重复性低,如计算机辅助设计/制造数据库/计算机辅助工程,多媒体/台式视频,图形艺术,形象/动画制作,科学可视化,实时模拟等的硬件价格很高。

虚拟技术论文范文第5篇

关键词：虚拟现实技术土木工程可视化计算

一、引言

随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加入，建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂，对土木工程学科管理的科学性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的研究热点。虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是综合性与集成性极强的高新技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1]。

二、虚拟现实技术及其特点

虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上与现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接参与和探索虚拟对象所处环境的作用和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。

1．沉浸性

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

2．交互性

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

3．多感知性

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

三、虚拟现实技术在土木工程中的应用

1．虚拟现实技术在土木工程中的应用前景

在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难。

VR技术的发展为我们克服这一困难提供了极其有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到能“超越现实”；在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的三维信息空间”。VR技术为用户提供了一种新型的人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。

2．虚拟现实技术在土木工程中的应用领域

由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2]。

（1）在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用[3]

在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的问题，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。

基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型（虚拟模型），形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的问题。若对这些问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到影响，甚至导致安全事故的发生。

建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中，不仅要考虑施工过程的安全性、可行性，还要考虑结构本身在施工过程中安全性、可靠性。某展览中心，钢结构屋盖支承在钢桅杆上，桅杆两端为锥形，与下部混凝土结构铰结。为了减小钢桁架的变形，更为了维持结构的稳定，在钢屋盖桅杆和混凝土之间，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆，形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中，不同的支撑方案、不同的拼接方案，在结构的不同部位会引起不同的效应，而随着连接杆件的安装，这些施工阶段的应力将残余在结构部位上，并影响到最终的结构受力安全性；并在结构就位过程中，有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确分析。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。

（2）在工程项目招标投标中的应用

建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作[4]。

借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。

（3）在可视化计算领域的应用

可视化计算将是今后一个重要的发展方向。在科研中，人们会遇到大量数据，为从中得出有价值的规律和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。

在运用有限元法进行结构分析时，利用虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。把可视化计算技术应用于超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算软件的前后置处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析的可视化计算中，倒退(拆)分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线型显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分桥结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。

四、结语

虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。目前，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。

参考文献

[1]张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N]．科技日报．1997年6月23日．

[2]沈金良．虚拟现实技术在工程设计中的应用[J]．科技交流，2004，(3)．