虛擬技術論文
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虛擬技術論文范文第1篇
虛擬現實技術可利用計算機產生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創造了一個實時反映實體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點。利用虛擬現實技術創建出逼真的礦山工程環境對優化系統設計具有重要的實用價值。
為了給用戶創建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環境，必要的條件就是根據需要能在虛擬現實系統中逼真地顯示出客觀世界中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實對象酷似，而且要求在形態、光照、質感等方面十分逼真。
目前，相關軟件發展迅速、種類較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。
1．1模型構建軟件
MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設計、交互式游戲等。它在滿足實時性的前提下可生成逼真的場景，可進行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細節、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優先級、自由度設置等高級功能使得其數據格式OpenFlight在實時三維領域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數據與AutoCAD和GIS軟件結合方便。
1．2支持視景生成的語言——OpenGL
應該使用已有的商品化或標準化的圖形庫和程序設計語言來設計與實現虛擬環境，其中OpenGI(服務器)及其支持系統就是這樣一種可選用的圖形生成環境。OpenGI可按函數庫的形式被C語言調用，也可以被窗口系統直接調用。OpenGI是使用專用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個過程函數組成，用以支持用戶對高質量三維對象的圖形和圖像進行操作。
()penGI指令的模型是客戶／服務器模式，即一個程序(客戶)提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術，該技術提供了生成動畫效果圖形所需要的機制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運動。
1．3視景漫游軟件
Vega是MultiGen--Paradigm公司開發的應用于實時視景、聲音仿真和虛擬現實等領域的高性能軟件環境和開發平臺，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數并建立對象之間的相互聯系。
2地質構造情況的模擬
對于礦山技術人員來說地質構造情況非常重要，如果對煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現不直觀易懂，則在建井或生產過程中就可能發生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經濟損失。應用虛擬現實軟件可以根據地質體的三維分布，使礦井的規劃設計更加直觀方便。
綜合國內外現狀，三維地質體的繪制有塊段、表面、實體和斷面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面數據是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式，將其導入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質體更加逼真。
3地形地貌及地物的模擬
地形地貌和地物的建立需要相應的三維數據。如果有研究區域的紙質地形圖，可以用掃描數字化的方法得到平面數據，按照圖上的標注得到高程數據；如果已有該區域的電子地圖，則可直接使用或通過數據格式轉換得到需要的數據；如果沒有上述數據源，則需要由野外測量獲得。
地形生成與地質曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點進行數字化，把圖上標注的高程值輸入到屬性表中，生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式將其導入Creator生成三維地形。
對于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進行數字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復雜，則需要分成規則的幾部分進行構建。
4礦山井下巷道建模
目前，礦山信息主要是通過CAD格式的雙線采掘工程平面圖來表達。首先根據采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時將高程信息賦予每個節點，實現巷道的單線顯示，井筒和巷道設計要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質構造，盡量減少礦井建設和生產地面的影響。
使用MultiGenCreator進行設計，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進行模擬生產，以發現生產中可能遇到的問題，對設計方案進行比較和選擇。設計方案完成后可模擬不同設備、不同開采方式的生產系統進行生產，從而達到優化礦井設計和生產系統的目的。綜合考慮地質和技術條件、經濟、環境等各種因素，選擇合理的方案。
5虛擬巷道系統的建立
虛擬巷道系統是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務之一是實現基于web環境下的可交互的、真實巷道的三維可視化表達，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環境進行任意的瀏覽和觀察，并可通過網絡進行各種交互。
5．1礦井巷道的建模
礦井中各種實體大多是三維實體，其表面為不規則曲面，且內部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個不規則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經地表勘查、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實體模型，可通過將現有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規范轉換為系統可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構建三維礦井巷道模型，首先應進行簡單的坐標轉換，這是因為MuhiGenCreator中采用的坐標系和地學中實際采用的坐標系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標系為符合右手規則的空間坐標系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區的中作為其坐標系的圓心，基底坐標為XOZ面，y表示高程。其坐標長度以米為單位，標準角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學坐標系保持一致，應將原來礦井三維實體的(，Y，：)坐標轉換為MuhiGenCreator坐標系中的(，Y，Z)。轉換后的三維實體坐標應滿足虛擬場景中所采用的局部坐標系顯示的需要。由于礦井實體坐標的數值一般相當大，而實際顯示坐標值的前幾位高位數據對圖形形狀不產生任何影響，因此可將地理坐標數據各分量同時做一預選。
5．2虛擬巷道場景的繪制
對于規則格網構成的礦山地表模型及礦井實體的頂底板數字表面模型，可用ElevationGrid節點構建。該節點能很容易有效地設計創建一個位于局部坐標系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標量陣列描述，陣列指定了表面每個格網點上的高度。和z方向的柵格點數量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個柵格點的海拔高度，基底上的每一個柵格點都與height矩陣中的一個海拔值相對應；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節點的每個頂點上(TRUE)，還是應用到每個四邊形上(FAISE)；此外，通過建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當作實體。
對于由不同的三角面構成的復雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節點IndexedFaceSet來創建，它有coord與coordlndex兩個域，與IndexedFaceSet節點中的兩個域類似，前者提供了一個節點，列出了構造面幾種所有面的坐標。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個值都是整型索引，并且每個索引都指定了在coord域內的坐標列表中的一個坐標。在實際的創建過程中，要求建立三角網的各個三角面按照法線方向向外的法則。
6結語
應用虛擬現實技術，生成一個逼真的礦山虛擬環境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設計或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環境下直觀審視礦山，按照設計給定的工藝方法和參數，選擇設備及確定生產模式。從基建到閉坑的全過程實時監控，發現問題進行實時修正。設計結束后，設計單位、礦山企業可向審查者、公眾展示一個三維和動態的礦山。總之，虛擬現實技術在礦山設計、技術改造、生產中可廣泛應用。
參考文獻：
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虛擬技術論文范文第2篇
在傳統的實驗教學中，依賴的是硬件實驗設備，這種實驗設備價格昂貴，建設一個實驗室至少需要30～40萬元，在使用的過程中因為學生不能夠熟練操作實驗設備和儀器，容易造成損壞，維護費用也很高，使得很多實驗教學很難開展。虛擬實驗管理平臺(建設成本大大低于硬件實驗室)放置在學校的網絡服務器中即可，依靠信息技術在計算機上最大程度地模擬出與硬件實驗相同的實驗環境，并且提供實驗教學和管理一體化功能。平臺內可以由教師設計驗證性典型實驗并制定實驗評分標準，平臺會根據學生實際實驗情況并依據評分標準計算出學生實驗成績和學生在實驗過程中出現的錯誤及存在的問題，教師再針對性普遍存在的問題進行講解，做到教學重點突出。虛擬實驗管理平臺內部具有各種電子元器件和儀器儀表用以進行設計、連接、配置和調試，并可以根據需要進行添加，器件庫比硬件實驗室配備更加豐富。只要具備網絡，學生可以利用任何能夠支配的時間反復設計電子技術實驗，即使是多個班級的學生同時做實驗也可以，這樣就解決了實驗時間和實驗場所受限的問題，實驗過程不會造成設備的損耗;平臺內部含有幫助功能，學生在自主實驗過程中遇到問題可以自行查詢解決問題，增強了學生的自學能力。
2采用虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件的對比研究
虛擬仿真軟件中元件采用的是元器件符號，儀器儀表采用例化的符號，界面方便整潔、易于調試，但是對于學生認知的能力幫助不大;虛擬實驗管理平臺內部的元器件和儀表儀器，是按照實際器件模型來進行建模。比如對于電阻來說，采用和實際實物相同的色環電阻，這對于學生認識實驗器件和設備具有很大的幫助作用，對于儀器儀表也都是采用和實際儀表相同的操作界面，直觀性強，可操作性高，避免了學生在實際實物操作過程中因為不熟悉實驗設備而產生損失。虛擬實驗管理平臺中，在設計搭建電路之前要考慮元器件在整個區域的排放位置，如果擺放不正確就需要刪除后重新搭建，這類似于在實際面包板中搭建電路，在設計電路之前必須先對整體進行布局思考;在仿真軟件中搭建電路的整體擺放特別方便，如果有錯誤也可以進行整體移動。從這一點來說，采用虛擬實驗管理平臺沒有采用虛擬仿真軟件方便快捷，但是有利于學生提前思考能力的培養，盡量把問題解決在發生之前。對于虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件相比，仿真軟件的功能更強大，虛擬實驗管理平臺更加針對學生日常實驗，而仿真軟件更針對學生進行大型設計。在仿真軟件中，如果有兩條導線相連一般通過節點的方式，在虛擬實驗管理平臺中一般通過接到連接的器件管腳的方式，因為在實際中用面包板，不能夠使用裸線，因此它們之間的相連是通過接到對應器件節點的方式。針對模擬電子技術課程中的三極管放大電路分別采用虛擬仿真軟件和虛擬實驗管理平臺進行實驗，并在學生實驗后針對這兩種方法和采用硬件實驗進行了比較，95%以上的學生認為采用虛擬實驗管理平臺的方式比采用虛擬仿真軟件的方式更加接近真實實驗環境，如果能在課程實驗中先進行虛擬平臺實驗，再進行真實實驗互補的實驗的模式能更加有效地促進實驗能力。
3結論
虛擬技術論文范文第3篇
在計算機技術當中應用虛擬化技術，需要能夠支持可虛擬化的機器，保證機器為虛擬化提供發展環境。系統管理程序是當前平臺硬件與系統管理程序的抽象化體現，具有隱性含義[1]。基于一定角度分析，該管理系統被稱之為是具體操作系統，即主機操作系統。管理系統的上一層結構是客戶操作系統，即所謂的虛擬機。不同的虛擬機與主機系統之間存在一定區別，表現出相互隔離的關系。
二、計算機技術中虛擬化工作的運行方式
2.1橋接模式
橋接模式是虛擬化技術的一種表現形式，此種方式主要是利用虛擬化軟件在局域網基礎之上構建一個全新的虛擬服務器，保證為計算機用戶提供健全的網絡服務體系，并將虛擬機當做主機系統進行操作應用，與其他計算機硬件設備相連接。在同一網絡中，分配相應的網絡地址、子網掩護以及網關內容，確保每一項內容與實際運行并無差異，實現虛擬主機與主機的正常網絡訪問。
2.2網絡地址轉換模式
運用網絡地址轉換模式，可實現自動訪問局域網絡。采用此種工作方式，其根本目的在于虛擬技術接入到互聯網當中較為快捷，不需要進行額外的配置與具體操作，在宿主機能夠正常訪問網絡的基礎之上，達到訪問互聯網的目的。在這一方面，虛擬機則更像是一臺真實的計算機，通過DHCP獲取網絡參數[2]。
2.3主機模式
在計算機網絡環境下，想要實現特定環境下對真實與虛擬環境進行分析，運用主機模式較為快捷。運用此種方式，在保證主機與虛擬機有效隔離的同時，還能夠控制虛擬機的網絡訪問。在主機模式下，虛擬系統只能夠基于主機系統的基礎之上進行網絡訪問，基于DHCP服務器確定動態分配。
三、計算機技術中虛擬化技術的運用措施
3.1構建虛擬應用開發環境
虛擬應用開發環境的構建，是虛擬化技術在計算機技術當中運用的前提條件。良好的虛擬應用開發環境，對提升在計算機技術當中的應用效用至關重要。虛擬應用的開發條件，需摒棄傳統的觀念。因此，計算機操作人員可基礎虛擬化技術的研究下，在一定范圍內構建小規模的開發環境，為虛擬化技術的應用效果提供前提保障。
3.2對異構資源進行整合
虛擬化技術在當前計算機技術當中的應用，其中存在的主要問題是硬件不同品牌以及不同供貨商所能夠提供的硬件設備與資源不匹配，產生嚴重的功耗損耗。因此，對于上述問題，需要充分運用虛擬化技術，將異構資源進行整合，在降低成本的同時，為計算機用戶提供良好以及統一的系統環境，實現協調性發展。
3.3提升系統安全性
虛擬化技術在計算機技術當中的運用，其根本的阻礙因素是系統缺乏安全的環境，知識虛擬化技術安全問題得不到保障。對此方面的內容，計算機技術人員需要盡最大努力，提升系統安全性因素。可采取建立VMM，通過專業化手段為虛擬化技術在計算機技術中的運用提供安全可靠的數據平臺，基于安全角度提升系統實效性[3]。總之，提升系統的安全性不但為用戶提供了良好并安全的發展環境，還能夠推動虛擬化技術水平的健全與完善。上述三種方法，是基于計算機技術以及虛擬化技術的角度進行分析，提出具體建議。虛擬化技術在計算機技術當中的應用，涉及的內容以及涵蓋范圍較為廣泛，還需相關學者進一步研究，為虛擬化技術提供良好的發展環境。
四、結論
虛擬技術論文范文第4篇
計算機技術用于建筑設計已有多年,計算機輔助設計(CAD),主要是幫助設計者把設計、計算、畫圖、數據存儲和處理等繁重工作交給計算機完成,而設計者把主要精力用于創造性構思。計算機產生的設計結果,可通過圖形設備向設計者展示,并可模擬,允許設計者作出修改。虛擬現實(簡稱
VR)技術能創造身臨其境的感覺。
虛擬現實也稱虛擬環境或虛擬真實環境,是迅速發展的一項綜合性計算機、圖形交互技術,它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡并行處理,利用計算機生成的三維空間形象實現的目標合成技術,通過視、聽、觸覺,以圖表及動畫方式呈現,讓觀看者“眼見為明”。它改變了傳統的計算機輔助設計被動靜態的信息傳遞方式。它的特性包括:(1)交互性(interactive);(2)想像性(imagination);(3)沉浸性(immersion)。虛擬現實就建筑視覺模擬的可行性而言,應用領域可包括:建筑物模擬、室內設計模擬、城市景觀模擬、施工過程模擬、物理環境模擬、防災模擬、歷史性建筑模擬等。在建筑設計中既要進行空間形象思維,又要考慮到以用戶的感受為核心,是一連串的創新過程,包括規劃、設計、建設施工、維護等。巨大的成本和不可逆的執行程序,不能出現過多的差錯,虛擬現實是一種可以創造和體現虛擬世界的計算機系統,虛擬世界是整體虛擬環境或給定仿真的對象的全體,充分利用計算機輔助設計和虛擬現實,可減輕設計人員的勞動強度,縮短設計周期,提高設計質量,節省投資。虛擬現實技術在建筑設計中應用廣泛。
2展示建筑物的整個信息
現階段的二維、三維的表達方式,只能傳遞建筑物部分屬性的信息,并且只能提供單一尺度的建筑物信息,使用虛擬現實技術可展示一棟活生生的虛擬建筑物,使人產生身臨其境之感,設計不僅僅是設計者的事,住戶、管理部門都可起到輔助決策的作用。
3遠距離瀏覽
設計者設計的建筑物與工程單位可以相互溝通交流,通過萬維網達到遠距離瀏覽,也可以以計算機語言開發與虛擬現實造型語言整合,虛擬現實用于Internet網中提高其普遍性與實用性。
4實時多方案比較
在建筑設計過程中,一般都會對設計的建筑物提出不同的設計方案,對未來建筑物的形象做多種設想,在虛擬的建筑三維空間中,可以實時地切換不同的方案,在同一個觀察點或同一個觀察序列中感受不同的建筑外觀,這樣,有助于比較不同的建筑方案的特點與不足,以便進一步進行決策。事實上,利用虛擬現實技術不但能夠對不同方案進行比較,而且可以對某個特定的局部作修改,并實時地與修改前的方案進行分析比較。
5專用的人機接互
人機接口是使用者與計算機溝通的橋梁,它是代表使用者意圖的轉換及計算機程序的執行,良好的人機接口的建立,可減少使用者對系統的學習時間和增強系統的使用效率。在虛擬現實技術建筑設計中,必須有特定的人機接口模式:(1)使用者模式。使用者直接進入虛擬現實中,進行觀測
與互動操作,以第一人稱的觀測方式,進行虛擬現實的沉浸觀察,隱藏的接口,只有在使用時才出現;(2)者模式。在虛擬現實中,常因沉浸環境與現實環境的感性差距,而造成空間迷失現象,以至于使用者無法掌握虛擬現實中的狀態,以空間者的虛擬環境信息的提供,以第一和第二人稱的觀察方式,進行虛擬環境中的觀測;(3)監控模式。使用者以第三人稱的方式,監控虛擬現實中所有的現實狀態,并進行虛擬物的監視與控制,而接口的產生與虛擬現實的種類并無絕對的關系;(4)浸入操作模式。將控制虛擬現實物的接口,置于虛擬現實中,以進行仿真式的操作模擬,使用者以
第一人稱的操作方式,對虛擬物進行控制。從系統整合的觀點來分析建筑設計,系統的接口連結不
當,影響設計質量和施工程序。
虛擬現實系統基本上有兩種:模型式和圖像式。以模型式虛擬現實,以虛擬現實造型語言(簡稱VRML)為主要描述語言,使得建筑設計可用計算機進行三維建模,利用效果圖和三維施工圖與資料庫,并利用虛擬現實技術連結到資料庫作為實時模擬操作。虛擬現實造型語言,可用來在萬維網(3W)中定義與更多信息相關聯的三維世界的布局和內容,使之能夠在一個交互的三維空間中很容易地被表達出來。當虛擬現實造型語言瀏覽器啟動后,它會將虛擬現實造型語言中的信息解釋成虛擬現實造型語言空間中的建筑物的幾何形體的描述,一旦VRML空間被用戶的瀏覽器解釋,它將提供實時顯示,一秒鐘可以顯示多次,這樣,用戶的機器上將會有一個活動的場景。
6應用實例
荷蘭的虛擬現實技術起步較快,Eindoven大學的Calibre研究院已用虛擬現實技術進行設計和咨詢,他們開發的軟件包由一組類CAD的函數組成,稱為CAAD軟件,為建筑結構的創建、修改和可視化提供了工具包,它支持AutoCADDXF文件的輸入輸出,而且能夠用于虛擬環境中增加動畫和對象的動態行為。已用該系統模型化了一座小城市,具體目標是在河中小島上設計一棟博物館。這座城市由好幾百棟建筑物組成,坐落在河邊斜坡上,可以俯瞰小島。首先,數字化該城市的地圖,創建基本的AutoCAD模型;其次,按真實三維位置安排每棟建筑物,同時也考慮山坡的輪廓;再次,加上建筑細節,如門框和窗框設計,以便標準地表現該城市的美學特征。該應用實例讓人們領略了該領域和他們所取得的成果。
在美國洛杉磯和費城的虛擬建筑三維模擬系統被認為是全球最成功的虛擬建筑模擬系統之一。各國對虛擬現實技術都在研究和應用,我國也一樣,在虛擬世界建筑方面,都已制作和展示了復雜的虛擬世界模型。虛擬現實技術所涉領域十分廣泛,技術潛力巨大,在建筑設計中應用前景廣闊,但軟硬件投資巨大,可重復性低,如計算機輔助設計/制造數據庫/計算機輔助工程,多媒體/臺式視頻,圖形藝術,形象/動畫制作,科學可視化,實時模擬等的硬件價格很高。
虛擬技術論文范文第5篇
關鍵詞：虛擬現實技術土木工程可視化計算
一、引言
隨著我國經濟的穩步增長和基礎建設規模的加入，建設項目的規模越來越大、結構形式日益復雜，對土木工程學科管理的科學性、精確性要求越來越高。實現土木工程的信息化、智能化、可視化和集成化成為土木建筑工程項目管理現代化的要求和本領域的研究熱點。虛擬現實技術(VirtualReality,VR)是綜合性與集成性極強的高新技術，在軍事、醫學、設計、藝術、娛樂等多個領域都得到了廣泛的應用。土木工程中的虛擬現實技術涉及土木工程領域的各個學科，已顯示出一定的實用性，技術潛力十分巨大，應用前景非常廣闊[1]。
二、虛擬現實技術及其特點
虛擬現實技術，又稱靈境技術，是20世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支，大大推進了計算機技術的發展。VR技術是把抽象、復雜的計算機數據空間轉化為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術實質在于提供一種高級的人機接口。利用VR技術所產生的局部世界是人造和虛構的，并非是真實的，但當用戶進入這一局部世界時，在感覺上與現實世界卻是基本相同的。因此，虛擬現實技術改變了人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現狀，給用戶提供了一個趨于人性化的虛擬信息空間。它以模擬方式為使用者創造了一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界，在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中，使參與者可直接參與和探索虛擬對象所處環境的作用和變化，仿佛置身于現實世界中。一個身臨其境的虛擬環境系統是由包括計算機圖形學、圖象處理與模式識別、智能接口技術、人工智能技術、多傳感器技術、語音處理與音像技術、網絡技術、并行處理技術和高性能計算機系統等不同功能、不同層次的具有相當規模的子系統所構成的大型綜合集成環境。所以，虛擬現實技術是綜合性極強的高新信息技術。虛擬現實技術具備以下三個方面的特性。
1．沉浸性
虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。
2．交互性
虛擬現實系統中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環境中的對象進行考察或操作。
3．多感知性
由于虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。
三、虛擬現實技術在土木工程中的應用
1．虛擬現實技術在土木工程中的應用前景
在土木工程中，長期以來人們不得不用抽象的概念表示非常豐富的內容，如用平面圖、剖面圖、立面圖等平面圖形成一些規定的符號來表示三維的立體建筑，用比較抽象的圖形和精練的語言來描述復雜的場景，以傳遞大量的信息。但這一種信息處理與傳遞方式受到信息接受者所從事的職業、知識結構及理解能力的影響，交流起來非常困難。
VR技術的發展為我們克服這一困難提供了極其有效的手段。用虛擬現實既能表示真實的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實世界時，可以突破物理空間和時間的約束，做到能“超越現實”；在表示虛擬世界時，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進出自如、交互作用的三維信息空間”。VR技術為用戶提供了一種新型的人機接口，它利用計算機生成交互式三維環境，不僅使參與者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對參與者的運動和操作做出實時準確的響應。
2．虛擬現實技術在土木工程中的應用領域
由于具有上述的優勢特征，虛擬現實技術在土木工程中得到了廣泛的應用，并且具有廣闊的應用前景。現階段，虛擬現實技術在土木工程中的應用主要有以下幾個方面[2]。
（1）在虛擬施工過程和施工結構計算中的應用[3]
在實際工程施工中，復雜結構施工方案設計和施工結構計算是一個難度較大的問題，前者難點關鍵就在于施工現場的結構構件及機械設備間的空間關系的表達；后者在于施工結構在施工狀態和荷載下的變形大于就位以后或結構成型以后。
基于虛擬現實的復雜結構施工方案設計是指利用虛擬現實技術，在虛擬的環境中，建立周圍場景、結構構件及機械設備等的三維CAD模型（虛擬模型），形成基于計算機的具有一定功能的仿真系統，讓系統中的模型具有動態性能，并對系統中的模型進行虛擬裝配，根據虛擬裝配的結果，在人機交互的可視化環境中對施工方案進行修改。復雜結構施工涉及的因素較多，起重機的布置位置、高度，纜風繩著力點的選擇，構件堆場的位置，起重機的開行路線，構件起吊路線等，都是施工方案設計必須考慮的問題。若對這些問題考慮得不夠，則工程施工的進度、成本等都會受到影響，甚至導致安全事故的發生。
建筑結構施工前往往要對施工方案進行受力狀態復核。如在大跨空間結構施工中，不僅要考慮施工過程的安全性、可行性，還要考慮結構本身在施工過程中安全性、可靠性。某展覽中心，鋼結構屋蓋支承在鋼桅桿上，桅桿兩端為錐形，與下部混凝土結構鉸結。為了減小鋼桁架的變形，更為了維持結構的穩定，在鋼屋蓋桅桿和混凝土之間，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、穩定索)和撐桿，形成一個穩定的結構體系。在鋼結構的施工中，不同的支撐方案、不同的拼接方案，在結構的不同部位會引起不同的效應，而隨著連接桿件的安裝，這些施工階段的應力將殘余在結構部位上，并影響到最終的結構受力安全性；并在結構就位過程中，有可能失穩和變形。這就需要進行施工過程的精確分析。用虛擬現實技術可以對不同的方案，在短時間內做大量的分析，從而保證施工方案最優化。
（2）在工程項目招標投標中的應用
建筑業是我國的支柱產業，建筑市場的過度競爭已是長期的事實。現代建筑工程項目的運作，業主處于絕對有利的地位。在有限的時間內，如何使業主和評標的專家很好地了解招投標文件的編制和被認可的程度直接關系到承包商有沒有中標的機會。因此，承包商在注重投標文件的技術可行、報價合理的同時，也非常注重投標文件的包裝。尤其是大型工程、國家重點工程和國際工程的招標投標，往往在項目企劃階段就已經開始這方面的運作[4]。
借助虛擬仿真系統，把不能預演的施工過程和方法表現出來，不僅節省了時間和建設投資，而且不用項目經理的現場答辯，方案的優劣就一目了然。這無疑大大增加了承包商中標的幾率。
（3）在可視化計算領域的應用
可視化計算將是今后一個重要的發展方向。在科研中，人們會遇到大量數據，為從中得出有價值的規律和結論，需要對龐大的數據量進行認真分析。對科學計算取得的數據進行可視化加工或三維圖形顯示，可通過交互改變參數來觀察計算結果的全貌及其變化，實現參數化及可視化計算，虛擬現實技術產生了飛躍式的發展。
在運用有限元法進行結構分析時，利用虛擬現實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數據，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。把可視化計算技術應用于超大型復雜結構的設計、工程控制和結構分析中，將增強計算軟件的前后置處理能力。例如，在橋梁工程控制和結構分析的可視化計算中，倒退(拆)分析結構倒拆動態演示、結構理想施工線型顯示、施工階段主梁形心線的設計曲線和實測擬合曲線的顯示、前進分橋結構拼裝動態演示、施工預告圖形顯示、主梁內力圖顯示、危險截面應力分布圖顯示等等。更重要的是能借助圖形或圖像來進行實時動態地控制結構的重分析和獲取施工控制數據，同時能實時動態演示和控制設計和施工的過程。
四、結語
虛擬現實技術在不斷發展，專用于計算機圖形和多媒體信息處理的高性能DSP芯片可使處理能力提高上百倍，三維圖形算法和參數化建模算法等可使虛擬現實技術更加成熟。目前，虛擬現實技術還有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我們應努力建設虛擬現實技術實驗室，開發有價值的虛擬現實工程系統，使其在工程設計、施工、管理和可視化計算等方面得到更廣泛的應用。
參考文獻
[1]張躍．土木工程中的虛擬現實技術[N]．科技日報．1997年6月23日．
[2]沈金良．虛擬現實技術在工程設計中的應用[J]．科技交流，2004，(3)．
