规划和设计规划的辅助表现集成系统,例如景观表现系统、交通规划系统等能够让用户产生一种身临其境 “人在画中游”的感觉,这种身临其境的感觉,正是虚拟现实技术能够解决的问题。虚拟现实技术在建筑设计中的应用之一是将虚拟现实技术应用于集成化CAD系统中,实现理想的绘图与结构计算一体化。如果把虚拟现实技术与现在的集成化CAD系统的设计思想相结合,创建虚拟现实的集成化CAD系统,从设计的建筑方案、结构方案的选择直至最后结果的实现必将大大提高设计效率,提高设计质量。

       建筑师利用虚拟现实CAD系统可以很方便地建立和修改建筑方案;然后,结构设计师就可以利用已经建起的模型,选取结构方案调整荷载和定义荷载,由系统自动进行结构分析,得出结果,如配筋量和配筋图等。如果不能满意,则可修改参数或方案。设计中比较令人头痛的一个问题就是建筑、结构、设备等各方的协调问题。目前采用的方法是各方分别设计,再一起反复进行讨论,协商修改,直到满意。如果采用VR集成CAD系统,则可以实现各方同时设计,在设计过程中遇见冲突随时协调直到满意为止。工程施工技术及工程安全管理把虚拟现实技术引入系统模型仿真的各个阶段,可使人沉浸其中,对施工过程中需要解决的问题有清晰的认识,而不必在屏幕外面去感知仿真结果。

       例如,套筒冷挤压钢筋连接技术是现在应用较广泛的一种施工技术,在研究其机理及可靠性时,要做上千万组实验,然后对数据进行分析、建立模型。若用 VR技术,则在立体的环境中,能观察到挤压下钢筋和套筒上任一点的变形从无到有到稳定的全过程, 再将机理引入环境修改模型,就能够建立可信的力学模型。再如,大跨度斜拉桥的施工多采用悬臂式或拼装方法,在施工过程中由阶段的实际结构来反馈影响设计中的基本条件,如内力调整、标高控制等。采用VR技术将现场采集的数据直接拟合成图与设计的挠度、索力、主梁内力、危险截面应力分布、主梁形心挠度曲线等加以对比,不符合实际的则修正参数,再给出施工预演,可达到施工控制的目的。在建筑施工中,由于引发事故发生的原因多种多样,发生的地点千差万别,使得建筑施工安全问题常常具有不可预见性。

       利用安全工程VR系统,可以在虚拟现实的环境中模拟各种事故发生过程及可能造成的后果。根据模拟结果,施工方可以采取相应措施预防和制止这些事故。如在建立的虚拟空间中,我们可以看到与实际施工环境中行走几乎一样的效果,当走到有危险的地方,会看到设立的警示牌,已经采取措施的部位,我们不但可以看到采取措施的有形物的形式,还可以在虚拟空间中通过与其它软件工的结合,去计算和评估采取这些措施的效果。另外,对于可能发生的一些事故,比如脚手架的倒塌,可以与有限元软件的结合,来模拟倒塌的过 89武　汉　工　业　学　院　学　报2006年程,对于当时在施工现场的人员,也可能模拟他们规避事故而选择不同路线逃离现场的过程以及计算推测出的不同风险概率。

       可视化计算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。结语虚拟现实技术是一个大型综合集成环境,是一项集成性极强的高新信息技术,由于人的参与和控制而构成人机创造和虚拟实践,技术潜力巨大,资金投入也大,但其应用前景十分广阔。

       虚拟现实技术虽起源于美国,但我们有后起之优势,可借鉴国外最新成功经验。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, 面向工程,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应用。

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