虚拟现实可视化技术在桥梁工程中的开发和应用.pdfVIP

虚拟现实可视化技术在桥梁工程中的开发与应用 魏群姜华彭运动 (华北水利水电学院中交公路规划设计院有限公司) 摘要：将虚拟现实可视化技术进行开发，引入到实际钢结构桥粱中，深入研究大型复杂钢结构桥梁整个施工过程的仿 真，对不同施工组织设计进行优化组合，具有可操作性强、人机交互功能。为我国大型钢结构桥梁的施工组织 设计提供科学的理论方法，并对先进技术手段进行虚拟预演。提供桥梁从设计、制作、安装全过程的动态可视 化虚拟现实模型和工程动画，指导工程施工和方案优化，具有明显的经济效益和科学进步意义，是虚拟现实在 桥梁建设中创新性应用。 关键词。虚拟现实钢结构工程桥梁动画预演漫游 l引言 随着计算机技术的迅速发展，工程界各种专业性软件的普及、应用，结构内力计算、施工图绘制逐步 实现计算机代替人工绘制，极大地提高了生产效率。但是平面模式的结构施工图纸，其在表现形式上的局 限性是显而易见的，只能面对专业的工程技术人员，复杂的线条和文字标注以及表格，极易出现识图错误， 例如，在桥梁结构中几千个不同部位杆件尺寸等。应用AUTODESK-CIVIL3D、3Dliax等软件虽然能实现三维 模型表现和工程结构构件内部构造的描述，但在显示器观察时只能展示结构的一个角度或一个侧面。 在以往为了实现对构件内部结构进行深入观察，主要采用浏览动画的方式。但这种动画的可操作性、 人机交互性较差，无法直观描述构件的细部情况，对施工过程的受力变形情况更是难以表现出来。因此， 如何实现真正意义上的三维建筑结构表现形式、模拟结构受力变形…是现代工程设计表现的一个新议题。 通过虚拟现实技术结合到桥梁工程中，人们可以自由地与虚拟环境中的场景对象交互，产生了一种身临其 境的感觉，从而为桥梁的设计者、施工者与决策者提供了可视化的决策工具。 2虚拟现实的概念及现状 2．1概念 虚拟现实(Virtual 机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉， 使人作为参与者，通过适当装置自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。 概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的 人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 2．2虚拟现实的关键特征 虚拟现实的关键特征嵋1是： (1)沉浸感(Immersion) 又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分 辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，所达到的最高境界就是：环境中的一切看 上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界 中的感觉一样。 (2)交互性(Interactivity) 指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如。用户可以用 174 手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体．这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的 物体也能立刻随着手的移动而移动。 (3)构想性(Imagination) 强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也 可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 2．3虚拟现实的分类 虚拟现实技术是通过一些特殊的外部设备来实现的。虚拟现实技术可分为： (1)被动式虚拟现实：在三维环境中为用户提供一个封闭的过程，行进路程和观察对象由软件严格、 独立地控制，用户除了退出会话外，没有其它控制权。 (2)查询式虚拟现实：提供一个通过三维环境时，为用户指出地形图，参与者可以选择路程和观察， 但不能再有其它与三维场景的交互作用。 (3)交互式虚拟现实：提供一个通过三维环境时用户指出的行程。另外，三维环境还是虚拟实体反应 并作用到行为的参与者。 2．4虚拟现实发展现状 Studio 在发展的)(I『11和Java等先进技术，实现了参数化和可视化计算。许多大型的图形图像处理软件如3D 司及虚拟软件已经相当成熟和完善，极大地推进了虚拟技术的发展、普及及应用。 近年来，随着计算机硬件、软