虚拟现实建设方案篇1

1前言

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专用的人机接口交互

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。

虚拟现实建设方案篇2

【关键词】虚拟现实;虚拟教学系统;建模

一、引言

虚拟现实技术（VR）是一门快速崛起的新型技术，它的出现对教育产生了深远的影响，改变了以往的一些教学观念和教学模式，开拓了现行教学手段的发展空间，为教学的创新提供了广阔的空间[1]。使我们教学工作和科研可以遵循“低成本、高性能”的原则，从软件、硬件上展开，逐步实现教学系统的动态环境建模技术、实时三维图形生成和显示技术以及三维交互系统的研制。

二、虚拟现实技术应用于教学科研的实现方法

首先利用现有的软硬件、网络环境和教学资源，包括各种相关技术专家和开发人员。本着自主研发和合作相结合的方向，完成各类医学和生物学教学场景虚拟实现和模型建立，从而完成相应的模型数据库的建设，根据不同的教学目标、科研方向和需求，逐步完善各学科教学课件的整合工作，包括医学诊治方案和试验场景再现的制作和标准化工作[2]。以期达到最佳的教学效果和目的。医学与其它学科不同，针对的对像是复杂的人体。因此其操作回馈，除去视觉之外，目前还没有太好的解决方案。即使在国外，亦没有多少可以借鉴的案例，要摸索的东西多。针对这些问题，最好的解决的方案是立足现有条件，从实际使用的可能性出发，制作不必求全求大，针对教学中的问题，用VR系统实现作精、作透。对于能够模拟的，尽量模拟，无法模拟的，则想办法模仿。虚拟教学系统应遵循合理整合现有软硬件资源，本着实用性，高效性，前瞻性的原则进行开发和研究。

1.利用虚拟现实技术，对学生进行技能训练。

虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，并全身心地投入到该学习环境中去，以达到动作技能类教学目标要求。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，如手术仿真，影像系统仿真，电子病历模拟等各种职业技能的训练[3]。学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。如学生利用虚拟教学系统做实验，先阅读实验指导书的实验说明和操作步骤，然后观察虚拟教学系统中的演示实验，再与模拟实验的多媒体课件进行交互“操作”，控制实验条件，采集实验数据，论证实验原理和规律，写出实验报告，分析实验结果。学生在实验过程中或实验结束后，随时可以由网上老师或计算机智能系统进行跟踪与纠错。

2.借助网络的虚拟化实现辅助教学。

随着虚拟现实技术以及网络技术的日益发展，借助于网络的虚拟化进行辅助教学，将是未来教育占据主导地位的一种全新教学方法、方式。建构主义主张学习情境和实际情境相结合，因为实际情境具有丰富性和生动性等特点，这对于学生高级认知能力的发展有促进作用。然而计算机教学的内容，特别是实践教学因场所等限制不是每时每刻都可以进行，它有空间和时间等因素的限制。而虚拟现实技术可以打破时空的限制，为学生提供一种可在课堂和实验室中就能找到的虚拟实现，还可以再现特定的环境。

3.构建虚拟现实的教学平台。

本研究结合虚拟现实和互联网技术，利用计算机教研室现有600台微机和6台服务器、创建.NET平台，在B/S架构上逐步开发出适合进行智能型的、交互式、分布式、图文并茂的教学软件，并通过互联网传输逼真的教学和学习环境。

4.虚拟现实技术在远程教学中的应用

在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行[4]。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

图1模块框架

三、虚拟教学系统实现的重点和难点

虚拟现实应用于教学中具有“减少实验经费开销”、“突破时空限制”等优点。在此基础上比较当前实现虚拟现实的几种解决方案，本项目并最终选择基于Flex的虚拟现实技术这一解决方案：利用3DSMAX进行建模、通过MXML+ActionScript语言实现旋转、放缩等，并对该解决方案中的技术特性、方案可行性及应用于教学中的优势进行剖析;最后，借助软件工程的开发思想（准备阶段、分析阶段、设计阶段、开发阶段和实施阶段），设计出一个虚拟教学系统，并结合结构学的应用案例对该系统的部分功能进行开发，为虚拟教学系统建设提供一个新的开发途径和模式[5]。如对研究实体，通过3DMAX完成场景建模，再由VRML创建的三维虚拟现实场景，使学生通过网络就可以直接浏览并交互。模块框架如图1所示。

具体技术路线为：

1.在.NET环境和B/S架构上建立教学虚拟现实系统平台。

2.从计算机虚拟教学课件着手，到逐步实现不同学科的虚拟实现的过度。其中包括国家精品课程教学课件的声、图和影像的多维虚拟实现（其中包括医学影像，电子病历，LIS，HIS，RIS等。

3.逐步实现临床诊疗（虚拟手术，仿真影响神经元信号传导的因素等）的网络虚拟教学和远程仿真实现。

4.整合人工智能、仿真技术、图形技术、显示技术、传感技术、网络等多种技术于一体[6]。通过硬件设备，计算机和网络技术的运用，实现听觉、视觉、嗅觉等多维信息通道获取信息的高级用户界面，从而为数字化教学的构想提供保证，填补一些国内在虚拟教学领域的空白，培养教研室科研队伍。

四、小结

虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。而借助于虚拟现实技术，创建一个与现实社会逼真的虚拟学习环境，在这个学习环境中，知识以可视化的方式呈现，学习者可以进行自主学习，以自然的方式与学习内容交互，就是本研究的目的。

参考文献

[1]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京：科学出版社，2007：13-15.

[2]任建.从教学媒体的演变看教学设计的发展历史[J].电化教育研究，2012（8）：12.

[3]林利，李春梅，刘畅.基于计算机虚拟技术构建临床诊疗实践教学辅助手段探析[J].中国社会医学杂志，2011，28（3）：169-170.

[4]胡万祥.多媒体辅助教学中的虚拟现实技术[J].才智，2013（14）：38.

[5]曾祥翊.从国际学者对话透视教育技术发展[J].电化教育研究，2011（8）：9-15.

[6]那一沙.教学设计研究综述[J].西南交通大学学报，2013（3）：24.

虚拟现实建设方案篇3

关键词：虚拟现实、技术、应用、实现

Abstract:thisarticlemainlyfromthebasicconceptofvirtualrealitytechnologyanditsapplicationfield,itsapplicationofadvantagesinarchitecturaldesignandtherealizationofthevirtualrealitytechnologyisdiscussed,andfurtherdiscussedthevirtualrealitytechnologyinthefuturearchitecturaldesignoftheapplication.

Keywords:virtualreality,technology,application,realize

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

引言

随着虚拟现实技术的成熟发展，在建筑设计应用中的建筑、景观、地形及城市等，其高度、视角、位置、路线等都能随时随机改变和操作，实时(立即看到结果)和交互(操作者可以干预浏览的方式并控制场景中物体的运动)的漫游，让人切实感受在行走中的场景变化及动画效果，在三维立体影像和多媒体效果的支持下，不受时间和空间的限制，能够更真实、详尽的感受三维环境效果。

1虚拟现实的概述及其应用领域

虚拟现实：又称为虚拟环境或虚拟真实环境，是一项迅速发展的综合性计算机、图形交互技术。虚拟现实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，通过计算机生成的三维空间形象实现的目标合成技术，观看者通过视、听、触觉以图表及动画方式来呈现。虚拟现实改变了传统的计算机辅助设计被动静态的信息传递方式。虚拟现实技术：简称VR，是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境。

虚拟现实的应用领域包括有：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、历史性建筑模拟等建筑领域，并广泛应用于在军事、航天、医疗、工业、工程、娱乐、教育等方面。

2建筑设计中虚拟现实技术的应用及优势

2.1能够展示建筑物的整个信息

目前，建筑设计中使用的二维、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；而虚拟现实技术在建筑设计应用中，它可展示一栋“真实”的虚拟建筑物，使人具有身临其境的感受，设计过程中除了设计者外，住户和管理部门也起到辅助决策的作用。

2.2提高了网络的实用性

设计者设计的建筑物可以通过万维网与工程单位进行沟通与交流，达到远距离浏览目的；还能以计算机语言开发与虚拟现实造型语言相结合，在Internet网应用中，虚拟现实大大提高了其普遍性与实用性。

2.3进行多方案分析与比较

在建筑设计过程中，一般会提出多个不同的建筑物设计方案，及多种对未来建筑物的形象设想。在虚拟的建筑三维空间中，能做到实时切换不同的方案，在同一个观察点或者观察序列中体会不同的建筑外观，能更好地把不同建筑方案的特点与不足进行对比。虚拟现实技术除了能够对比分析不同方案外，还能修改某个特定的局部，并能实时地与修改前的方案进行比较分析。

2.4能建立良好的专用人机接互

人机接口作为使用者与计算机沟通的桥梁，它能够表达使用者意图的转换，同时执行计算机程序；建立良好的人机接口，能大大缩短使用者对系统的学习时间，并提高了系统的使用效率。

3在建筑设计中，虚拟现实技术的实现方法

在建筑设计中，虚拟现实技术的实现由两部分组成：硬件系统和软件系统，如图3.

3.1硬件系统部分

虚拟现实的系统包括模型式和图像式。模型式虚拟现实，以虚拟现实造型语言简称VRML作为主要描述语言，这样能够通过计算机进行建筑设计的三维建模，利用效果图、三维施工图以及资料库，通过虚拟现实技术连结到资料库进行实时模拟操作。

简单的虚拟现实系统只需满足具备输入、输出功能的设备即可，简单的计算机桌面互动系统就能够构成一个简单的桌面虚拟现实系统。如果要充分实现虚拟现实技术带来的沉浸感、交互性、想象性的特征，则需要专业的信息输入设备和信息输出设备。信息输入设备的组成：键盘、鼠标、数据手套、力反馈方向盘、手柄等，信息输出设备的组成：高性能显示器适配器、单通道或多通道投影仪、偏振片、立体眼镜等。

3.2软件系统部分

如果想让观看者体验到虚拟现实技术所带来的临场感和沉浸感，并身临其境的，就要建立一个与客观世界相符合、或者是与设计者预想的设计方案相符合的虚拟三维模型。这个三维虚拟场景模型一方面能准确的表现出建筑、环境、室内等客观存在，另一方面能较真实的反映出场景的色彩、材质、阴影、光照等方面。在技术实现上，可视化三维模型的建立可分为三步：（1）几何建模，主要建立所需三维场景的几何构形；（2）形象建模，主要处理几何建模的结果进行材质、颜色、光照等；（3）行为建模，主要处理物体的运动和行为描述，如图4.

几何建模，是指三维空间的物体经并、交、差等集合运算和旋转、平移、缩放等几何变换，产生设计者所希望得到的较为复杂的立体模型的过程，它是可视化三维模型的基础。目前，我国的几何建模的软件层出不穷，有3DSMAX，AUTOCAD，SKECHUP，REVIT等，这些软件建立的模型基本都能通用互换，但比较通用的模型基本上都是基于网格技术，也即场景中的立体形体，都是由多个三角形面组成，三维形体分得越细网格就越密，形体上看起来更加逼真，不过相应的运算速度就会降低。

4结束语

目前，虚拟现实技术作为一种新技术，已经慢慢应用于军事、医疗、建筑、培训、机械等领域；在建筑设计中，虚拟现实技术的应用随着网络和计算机软硬件的发展，其应用层面会越来越广泛。网络传输的便捷与快速处理，通过计算机技术呈现出建筑设计成果，逐渐成为新趋势，在今后的建筑设计领域中，虚拟现实技术必将起到重要作用。

参考文献：

[1]林楠.浅析虚拟现实技术在建筑领域的应用[J].武汉工业学院学报,2011,(04).

[2]周红军,王选科.虚拟现实系统概述[J].航空计算技术,2005,(01).

[3]金小田,张小敏.虚拟现实技术在建筑方案优化设计中的应用[J].建筑科学,2004,(02).

[4]李琳.虚拟环境建模方法及应用研究[D].重庆大学,2002.

虚拟现实建设方案篇4

VR技术浸没感是依据人们视觉、听觉的生理特点，通过电脑产生非真的三维图像世界，只需参与者戴上头盔显示器和数据手套等设备，就可以将自己进入虚拟的环境中并成为其中一员。参与者同虚拟环境中各种事物的相互作用就好像在真实的世界一般，所有感觉都是那么真切，有一种真实世界的感觉。VR系统中的人机交互系统是一种似乎正常的交互，用户可以通过键盘或鼠标进行交互，也可以通过头盔显示器和数据手套等设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟世界中的对象进行操作或测察。构想性，又称自主性”，强调VR技术要具备广阔富裕的想象空间，开阔人类的认知视野，虚拟现实技术不仅能再现逼真的环境，也能构想不存在或不能发生的环境。一个完整的VR系统是以虚拟环境处理器———高端计算机、以视觉系统———特殊头盔、以听觉系统———语音识别、声音合成与声音定位、以身体方位姿态跟踪设备———方位跟踪器和数据手套，以及多种感的觉反馈系统等功能构成编辑本段面临的问题。因为VR系统中装有视觉系统、听觉系统、触觉系统、动觉系统等设备装置，因此用户参与者在虚拟的世界环境中可获得多种感受感知，从而达到真实世界的感觉。

2虚拟现实技术在土木工程中的应用

2.1土木工程中虚拟现实技术应用的前景

以前在土木工程这个行业中，人们只能用很抽象的理论概念来表达很丰富的内容，譬如用平面设计图、剖面设计图、立面设计图等多种平面设计图来形成一些特定的符号，表示出三维图像的立体建筑，并用抽象的图形和精练的语言作为辅助来描述要建造的建筑物以传递信息。但是这种传递方式对信息接受者来说会受到限制，因为每个接受者所从事的工作、知识水平的高低以及理解能力的是不同的，这样就会很难交流，就无法传递原本想要传递的信息。虚拟现实技术的兴起与发展，成为克服这一困难的好助手，提供了极其有效的手段。用VR技术不仅能出现虚拟的世界，而且也能再现真实的世界。再现真实的世界时，它可以突破空间和时间的束缚，真正的做到超越现实”；而在虚拟的世界时，它又能使虚拟世界环境中的对象表现出逼真的三维立体图像，使人感到一种身临其境的感觉，最后形成一种浸没感、交互性、构想性和多感知性的三维信息空间”。虚拟现实技术对参与者来说是一种新型高端的人机接口，这种技术是利用电子计算机来生成的三维立体环境，不仅能使用户感受到虚拟世界环境中对象的逼真存在，而且也能使用户在虚拟世界中的运动和操作及时做出准确的反应。

2.2土木工程中虚拟现实技术应用的领域

在建筑工程施工时，施工的方案设计结构复杂，施工结构计算也很复杂，这两项在施工中都是大问题，施工的方案设计问题在于建筑施工现场的结构构件和施工机械设备之间关系的表述；施工结构计算的问题在于施工结构在施工状态下的变形大于建筑结构建成后。虚拟现实技术应用于土木工程的施工方案设计中是指利用VR技术，在虚拟的世界中，建立建筑场景实物、建筑结构的构件和人工接口的机械设备等构成的的三维立体模型，其形成还基于计算机各种功能的仿真系统，让虚拟环境中的模型对象具有动态性能，还可以对虚拟世界环境中的模型进行装配设备，并依据所操作的装配结果，在人机交互的虚拟世界环境中对虚拟施工方案进行操作和修改。建筑施工方案设计结构复杂，其涉及的因素也比较多，如对起重机的位置、高度和缆风绳着力点的选择、构件放置位置、起重机开行路线及起吊路线等都是建筑施工方案设计必须考虑的问题”。如果对以上因素考虑不周，那么整个建筑工程的施工进度和成本都会受到严重影响，甚至还会造成安全事故的发生。建筑工程施工前要对施工方案进行受力状态复核。比如在建筑物空间跨度大的结构施工中，不仅要考虑到施工过程中的安全和可行，还要考虑建筑结构自身在建筑施工过程中的安全和可行”。某建筑结构，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。在钢屋盖桅杆和混凝土之间采用前索、背索、稳定索和撑杆构成一个稳定的结构体系，来减小钢桁架的变形。在钢结构的施工过程中，不同的支撑方案、拼接方案，在不同的部位就会引起不同的效应。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，并最终影响结构受力的安全性以致在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。如果采用VR技术就可以对不同的方案做出大量的分析，从而保证施工方案的最优化。

建筑行业已成为我国的支柱性产业，长期以来建筑市场的竞争过度。如今建筑工程项目的运作对业主来说绝对占优势。在投标的有限时间内，怎样才能使业主和评标专家清楚地了解招标投标文件的编制，以及被认可程度的高低，这关系到承包商最终能不能中标。为此，承包商不仅注重投标方案技术的可行性和报价合理性的同时，而且也非常注重投标方案的包装。特别是国际工程、国家重点工程和大型工程的招标投标，常常在项目企划时期就已经开始着手这方面的运作”。利用虚拟现实技术，把抽象复杂的施工过程和建筑方案逼真的表现出来，这种技术不仅能节约时间和投资，而且也不用项目负责人的现场讲述和答辩，通过虚拟逼真系统将投标方案表现的一目了然，这对承包商中标的几率必然大大增加。

今后可视化计算将是个重要的发展。在科学研究中，人们要在大量的数据中得出有价值的规律和结论，就必须对这些大量数据量进行整理和分析。最终把科学的数据进行三维立体图形显示，并通过交互系统变换参数来观察计算结果的过程及其全貌，实现可视化计算，实现VR技术飞跃式的发展。在运用有限元法进行结构分析时，利用VR技术可以通过用不同的颜色来表示三维物体中各点力的大小；也可以随意变换角度，从个个点去观察”。还可以利用虚拟现实技术的交互性能修改各种数据，以便对各种建筑方案和其结果进行比较。如此一来就能使工程师的思维更形象化、概念更容易理解。将复杂的建筑结构设计、结构分析和工程控制通过利用可视化计算技术来提高计算机软件的处理能力。比如，在桥梁和结构分析时就能借助图形或图像实施动态控制结构分析，实施动态演示。还可以进行倒拆动态演示、结构施工线型显示、分桥结构拼装动态演示、危险截面应力分布图显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、主梁内力图显示、施工预告图形显示等等。

3虚拟现实技术在土木工程中的作用

虚拟现实技术在城市规化中起着重要作用。例如，每个城市都有自己的近期、中期和远景规划。在规划中需要考虑各个建筑同周围环境是否和谐相容，新建筑是否同周围环境的原有的建筑协调，以免造成建筑物建成后，才发现它破坏了城市原有的风格和合理布局。虚拟现实技术应用于建立建筑规划图更是一览无遗。譬如建立起的三峡水库模型，便可在水库建成之前，直观地看到建成后的壮观景象。蓄水后将最先淹没那些村庄和农田，哪些文物将被淹没，这样能主动及时解决问题。把虚拟现实技术应用于土木工程中一大优势是很好的推销。比如，在建筑工程项目投标时，通过虚拟现实技术把设计好的投标文件方案展现出来，利用VR技术的设备头盔显示器把业主带入虚拟的未来的建筑物里参观，使业主可逼真的感受到虚拟建筑物门的高度、屋内设计和窗户朝向以及采光多少等，就如同在现实一般。因此，用VR技术展示这些建筑装饰比用枯燥的文字和简单的图片宣传更有吸引力。虚拟现实技术应用于土木工程中的有一大优势是节约时间和工程投资。比如，克莱斯勒公司在1988年在设计某两种新型车上取得的突破就是利用了虚拟现实技术，这项技术第一次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，可以说完全省略了试生产这项过程。也正是利用了这项新型高新技术，才使得克莱斯勒公司避免了1500项设计差错，既节约了工程开发时间和又节省了工程投资费用。利用VR技术还可以进行汽车冲撞试验，不必使用真的汽车便可以显示出在不同条件下冲撞后的后果”。现今VR技术已经成为人类探索客观世界规律的三大手段之一，与理论分析、科学实验并排。因此用VR技术来设计新材料，不仅能预先了解改变成分对新材料的影响，而且还能在新材料没有出来前就预先了解到用这种材料制造出来的零件在不同受力情况下是如何损坏的。因此，把虚拟现实技术应用于土木工程建筑必然是一种新的尝试，以上例证说明虚拟现实技术应用于土木工程对土木工程行业是一种突破，具有巨大作用。

4结语

虚拟现实建设方案篇5

VirtualConstruction（VC），可称为虚拟建设，或虚拟建造，本文对此不加区分，统称为虚拟建设。虚拟建设来源于两大方面：

1.1来源于以虚拟现实（VR）等为核心的现代计算机技术在建筑业的应用

虚拟现实技术起源于美国，是包括图形/图像处理、人体器官位置跟踪、音响处理、交互传感、网络通讯及建模技术在内的综合性极强的高新信息技术，“它为人机交互对话提供了更直接的真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感”[1].

虚拟现实技术在军事、工程建设等领域得到了广泛的应用，我国863高新技术计划将VR技术列为关键技术进行研究，此后VR技术在我国得以发展。以下是建筑业应用VR技术取得的一些成果：

Graphisoft公司开发了以“虚拟建筑”为核心的ArchiCAD软件，对设计项目的三维计算机模型可视、可编辑、可定义。AhmedF.Waly等人利用虚拟现实建模技术（VRmodelingtechniques）和面向对象的CAD技术开发了集成虚拟计划工具——虚拟建设环境（VCE），该工具可以经济而逼真地模拟主要施工过程，并可检验各种行动方案[2].

二滩电站的展示部分采用了虚拟现实技术，用户可以轻松浏览二滩环境及大坝的任意一个部位[2].国内在对施工过程中结构的仿真和可视化计算方面取得了一些成果，可以模拟各种施工过程[3].上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。

技术层面的虚拟建设可以在下列方面得到应用：（1）规划设计阶段：采用计算机信息通讯、计算机图形学、图像处理、人机界面、计算机模拟仿真、虚拟现实等多种技术，可以逼真地展现建成后的项目是否与周围环境匹配，以优化规划方案；建立三维虚拟场景，使建筑、结构、设备设计协同进行；通过改变视点和光源设计、修改材质等，方便设计师和顾客沟通和评价处于设计阶段的各种方案；借助于VR浏览器虚拟巡游建筑物各组成部分，从而提高设计效果和设计质量；检验建筑设计的可施工性等。（2）施工阶段：通过虚拟仿真在施工前对施工全过程或关键过程进行模拟施工，以验证施工方案的可行性或优化施工方案；对重要结构进行计算机模拟试验以分析影响项目的安全因素，达到控制质量和施工安全的目的；可视化施工计划进度和实际形象进度等。这些应用都将大大提高建设项目的实施效果和管理效率。

1.2由虚拟企业引申而来

虚拟企业又称为虚拟组织、虚拟公司等，本文对此不加区分。

“虚拟企业”一词由肯尼斯。普瑞斯等人于1991年在向美国国会提交的一份报告中首先提出。“虚拟企业可以视为一些相互独立的业务过程或企业等多个伙伴组成的暂时性联盟，每一个伙伴各自在诸如设计、制造、销售等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。”[4]自此以后，关于虚拟企业的理论研究成为管理科学中一个研究前沿和热点，并已经在实际中得到广泛应用[5].

虚拟建设的概念由虚拟企业引申而来，是虚拟企业理论在工程项目管理中的具体应用。美国发明者协会于1996年首先提出了虚拟建设的概念。

国内外在这一方面的研究成果如下：（1）欧美发达国家近年来的研究主要集中在如何增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作问题上[7]，即研究如何利用3-DCAD、4-DCAD、VR等计算机技术将建设项目管理的各项职能进行集成。主要研究项目有：OSCON项目、ATLAS项目、SPACE项目、CAVALCADE项目、WISPER项目、OSMOS项目、DIVERCITY项目，不少项目已有成果报道等。

（2）目前国内的研究成果有：徐友全做了题为《虚拟建设模式（VirtualConstruction）的研究》的博士论文，论文从虚拟企业理论出发研究了虚拟建设模式的思想、组织、方法和手段。论文研究的主要创新点是：虚拟建设模式的思想；虚拟建设模式的组织设计原则；虚拟建设模式的组织模型、组建步骤及协调中心的组织和任务；虚拟建设模式信息系统（PIS/NT）的概念和功能[5].何清华在《虚拟组织在建筑业中的应用——虚拟建设》一文中总结出虚拟组织必须具备的特点，然后提出将虚拟组织应用于建筑业的可行性及挑战性；最后提出虚拟建设的组织模式、特点及对建筑业所带来的意义。彭勇在《虚拟建设——新型的工程项目管理组织模式》中分析了虚拟建设产生的背景，提出了虚拟建设的概念和内涵，并概述了虚拟建设实施过程中信息分类的方法等。

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2、虚拟建设内涵

集成的虚拟建设要点如下：（1）工程项目是虚拟建设的对象和载体，项目建设通过一系列相互关联的过程来实现，这些过程组合在一起形成一条产品供应链；同时，项目建设过程也是一个价值增值过程，因此也形成一条价值链，链上的每一环对应着实现价值增值的一项或数项能力。图中价值链上的圆圈即表示工程项目建设过程中环环相扣的过程，同时也表示实施项目所需的设计、施工等能力。（2）由于科技进步、社会分工细化、市场竞争加剧等原因，绝大多数企业不具备项目建设所需的全部专业能力，即只是上述供应链中的一环或几环（如我国鲜有具备设计＋施工能力的企业），如果没有供应链中上、下游企业的协作（分包商可以看作是总包商的协作单位），根本无法完成工程项目建设的全部任务。而从市场需求看，顾客对企业能力提出了越来越高的要求，越来越多的顾客要求企业能提供形成建筑产品的全过程服务。因此，为满足顾客需求，这些企业唯有跨越组织界限，在具有不同核心能力的企业间开展合作，以“虚拟组织”形式来整合和利用外部资源，从而扩展自己满足顾客需求的能力，进行组织管理层面的虚拟建设。图中核心企业可称为头脑企业，是智力、知识密集型企业，其技术先进，管理科学，在供应链中占据核心位置；伙伴企业可称为躯干企业，处于供应链中的其他位置，但能以自己的专业特长为项目实施全过程贡献力量，是供应链中不可缺少的环节。（3）虚拟建设成员可以组成项目联营体，也可以形成总分包关系，基于合同契约进行合作。为了取得组织管理的成功，应综合运用各种现代管理技术：如战略联盟、并行工程、企业流程再造、优化方法、供应链管理、电子商务等，并利用可视化、VR等IT技术对建设项目管理的各项职能进行集成，增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作，达到高效进行项目管理的目的。（4）对于具体工程项目实施，应借助于计算机技术进行计算机辅助设计、建模，设计方案优化，可视化设计、施工效果，施工过程模拟，施工方案可实施性检验等，即要进行技术层面的虚拟建设。这一层面的虚拟建设建立在现代各项科学技术基础之上，如：计算机模拟仿真技术，CAD技术，VR技术，网络技术，数据库技术，多媒体技术，各种现代设计、施工技术，以及各种集成技术等。

3、发展建议

目前我国建筑业企业实施虚拟建设的状况是：初步涉及技术层面的虚拟建设，已有应用成果报道；组织管理层面的虚拟建设处于理论研究的初始阶段，未见应用成果报道。形成这一局面的原因是：（1）理论研究重视不够；（2）与其他行业相比较，建筑业利用现代科技成果的步伐缓慢，技术层面的虚拟建设急需大力推广；（3）组织管理层面的虚拟建设涉及管理、经营理念，需要增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作，相对较难实施。

针对上述情况，虚拟建设的实现可以从技术层面入手，进而过渡到组织管理层面，最终实现技术和管理的集成。短时期内，我国建筑业企业应从技术层面入手，加大现代科技特别是计算机技术在工程项目建设中的应用，推进工业化和信息化；同时在企业发展方面，着力发展培养核心能力，特别是要学习、借鉴先进生产和管理的思想方法，不断提高管理水平。这是企业发展的必由之路，也是实现虚拟建设的关键所在。

参考文献

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[5]陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（9）。

[6]彭勇、邢文。虚拟建设——新型工程项目管理组织模式。建筑管理现代化，2001（2）。

虚拟现实建设方案篇6

关键词：建筑工程，虚拟技术，计算机

中图分类号：TU198文献标识码：A文章编号：

一、前言

当前的建筑工程项目较之过去规模更加的巨大，所需的资源也更加的丰富，因此管理需要更加的系统，建筑施工要求更加的精准无误，于是建筑工程就自然而然的利用上了现代非常流行的网络技术，网络是一个全球化的平台，可以及时获取建筑工程的最新信息，同时还可以优化建筑企业的管理模式，我从以下几个方面展开分析如何将虚拟计算计技术应用到建筑工程。

二、在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用

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。

三、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。

四、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。

五、虚拟现实技术在施工方案设计中的应用

虚拟现实系统具有两个关键特性，一个是沉浸性，另一个是交互性，建筑施工方案设计在人机关系上的基本特征便是通过这两个特性反映出来的，也就是说，设计者的主导作用通过虚拟现实系统的沉浸性和交互性而被充分反映出来。

虚拟现实施工方案设计方法的实现过程为：在三维可视化虚拟环境中，设计人员可利用CAD设计软件建立对象结构实体模型，并将模型的几何信息输入有限元分析软件（如AN-SYS等）中，建立三维可视化的有限元模型，然后对有限元模型进行计算分析。

建筑工程的施工控制和管理是复杂的、动态的、集成的，贯穿于每一个工程项目的全生命周期。尤其是现代的大型工程项目，工期长，工程量大。它涉及到各工种协调，大量资金和材料调度、施工机械、设备的管理。工程的进度、质量、成本以及合同、信息的管理如何有效实现，通常的工程经验和横道图、平面布置图是难以做到的。4D项目管理信息系统有效地整合整个工程项目的信息并加以集成，实现施工管理和控制的信息化、集成化、可视化和智能化。所谓4D模型是在建筑CAD三维(3D)模型的基础上，附加时间/成本因素，这个技术的合成不仅是一种可视的媒介，使用户看到物体变化过程的图形模拟，而且能对整个形象变化过程进行优化和控制。这样就有利于保障现场作业的安全；按时间模拟施工进度，可以对工期进行比较精确的计算和控制，有助于人、材、物的统筹和调度，实现了对建筑施工的交互式可视化和信息化管理。

六、虚拟现实技术在施工人员培训中的应用的优越性主要表现在以下几个方面

1.虚拟理想完整是交互式的，在虚拟环境中由用户决议下一步做什么、如何做、可反复做；

2.虚拟理想强调参与者的经历和理论学问，在有经历施工人员的参与下，可为缺乏经历的施工人员提供建筑施工的经历，在先期虚拟环境中认识、学习、考证建筑施工组织和管理；

3.参与者和虚拟理想交互的方式和参与者在理想世界中的方式是完整相同的，虚拟理想中的任何事物很容易被参与者接纳和了解，参与者不用学习任何操作计算机的技巧；第四、虚拟理想提供的是一种有趣的、冲动人心的培训工具，能经过虚拟理想系统对施工人员停止培训。

经过对施工计划的动态模仿，施工人员能够随意地选择察看点和角度，对施工现场停止实时遨游，以取得全面的印象。施工过程中。

各工序间的谐和配合是不容易做到的；而在虚拟施工中，能够对计划重复停止实验，得出一些详细参数用以指导施工。在虚拟施工中，还能够直观地察看到对象间互相的空间关系，关于接近可能干预的对象，可提示施工人员施工时特别当心。做到心中有数。

合理选择施工方案是工程施工组织设计的核心，它包括确定施工流向和施工程序，选择施工方法和施工机械，安排施工顺序等。对于某些结构复杂、工程量大的工程而言，在施工方案的选择上有一定的难度，然而通过虚拟现实系统，可以对各分部工程的施工方案进行虚拟施工和演示，为施工方案的选择带来极大便利。

七、虚拟现实技术在建筑施工中应用要做到以下方面的工作

1.必需增强对建筑施工理论的探究和研讨，力图建筑施工理论从实质上得到打破。由于建筑施工理论奠定了基于虚拟理想的虚拟施工的理论根底。

2.虚努力建立虚拟理想技术实验室，开发出一套面向工程施工的专用集成型软件系统，降低单项工程的应用造价、加快软件的提高，是使虚拟理想技术在建筑施工进一步推行运用的关键。

3.在建筑施工中应用虚拟理想技术是一个宏大的系统工程，可能触及政府、业主、企业、研讨机构等多方参与者，假如参与各方之间不能很好的沟通谐和将会成为虚拟理想技术应用的一个障碍，因而必需增强各参与方之间的协作。

八、结束语

广泛应用计算机虚拟技术，已成为建筑工程的发展趋势，建筑工程如果可以灵活应用虚拟技术，不仅可以高质量的完成庞大的工程项目，而且还可以促进企业的优化改革，形成有利于长久发展的企业模式。我们应该坚持不懈的研发构建建筑工程管理系统，为工程设计管理和应用提供更为好的实施平台。

参考文献：

[1]张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N]．科技日报．2011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，2012，(3)．

[3]裴捍君：土木工程中的虚拟现实技术[J].中国水运，2011，6（11）：75-76.