虛擬現實技術在復雜建筑施工中的應用

姜濤

摘 要：隨著我國國民經濟的快速發展，建筑行業在我國得到了一定程度的提升與發展。近年來，建筑物的發展規模在不斷地增加，相關的規模、功能、造型等都在不斷地發展，呈現出復雜性的特征。同時，在建筑施工過程中所采用的工藝、方法也越來越多樣化。因此，在復雜建筑的使用過程中通過應用現代化的虛擬現實技術就能夠依據實際的施工情況來制定出科學、合理的施工方案，進而提升整個工程的施工質量。

關鍵詞：虛擬現實技術 復雜建筑施工 應用

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0046-02

隨著建筑工程持續不斷地發展，工程在施工中的結構形式及體系都發生了一定程度的變化，在建筑設計與施工的過程中越來越注重其個性化的發展。新結構與新材料的使用極大程度地增加了空間結構的建設與標準與要求，由此也提升了對整個工程建筑設計方案在規劃過程中的標準。對此，通過在復雜建筑施工設計中應用虛擬現實技術，就能夠有效地保障整個工程施工方案的可行性及經濟性，提升工程的安全性。

1 虛擬現實技術概述

1.1 虛擬現實的概念

虛擬現實是一種新型的綜合性信息技術，將數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、傳感器技術等多種現代化高科技技術進行有效融合。通過應用虛擬現實技術，就能夠為用戶創造一個實時的反映實體對象變化及相互作用的三維圖像世界，進而從用戶的視、聽、嗅等多種感官來進行體驗，并且能夠幫助人們對微觀世界中的相關事物運動、變化的規律進行觀察。

1.2 虛擬現實的系統構成

在計算機中應用虛擬現實技術，就能夠形成虛擬現實系統。其是由虛擬世界、虛擬現實軟件、計算機、輸入設備以及輸出設備這五個部分組成的。虛擬世界是一個能夠從不同角度連續觀察的世界，其中包括了三維模型及環境的定義數據庫，虛擬現實軟件能夠為用戶提供實時觀察與參與虛擬世界的能力，輸入設備是構造虛擬世界的主要設備，而輸出設備則指顯示器、頭盔等一系列相關設備。

1.3 虛擬現實系統特性

在虛擬現實系統中，存在著沉浸性、交互性以及構想性這三種方面的特性。其中的沉浸性就是虛擬世界帶給用戶的一種真實感，能夠讓用戶深陷其中，給用戶一種身臨其境的感覺，難以覺察與分辨自己所處的位置是虛擬還是現實。而交互性則是指用戶在應用虛擬現實技術時，對虛擬環境中的物體進行操作以及獲得的相關感知情況等。用戶可以通過應用三維交互設備來直接對計算機所營造的這個虛擬世界進行感知，同時還能夠從中獲取相應的信息反饋。此外，虛擬現實系統的構想性是用戶在虛擬世界的多維信息空間中依靠自身的感知及認知能力來獲取相關的知識，并在虛擬現實系統中構造一些在現實中不存在的情境，并由此來找尋相關的解決辦法。

2 虛擬現實技術在復雜施工中的應用

2.1 復雜結構設計及施工難點

近年來隨著計算機技術在工程施工設計中的應用與輔助，不僅有效地提升了整個工程的設計質量，同時還有效地解決了在施工設計中的相關問題及困難。計算機輔助施工平面圖設計的發展，提升了整個工程的設計速度，降低了人員勞動強度，且更直觀地向人們展現了工程的設計方案，給之后的方案修改、生成等帶來了極大的便利，實現了動態化的設計。

但是，在復雜建筑施工設計中，由于其中的結構構成都比較復雜，因而計算機輔助施工平面圖設計已經不能夠滿足相關工程的設計要求。在工程設計的過程中需要考慮到相關的現場施工構件及機械設備之間的空間關系，同時在復雜工程施工中還涉及到了起重機的位置、高度以及纜風繩著力點的選擇等。因此，虛擬現實技術在復雜建筑施工設計中應運而生。

在我國大多數工程的施工設計方案都是依靠擁有多年施工經驗的技術人員憑借自身的經驗設計、制定的。這種方式對整個工程的設計質量埋下了一個巨大的安全隱患，對整個工程的施工質量有著十分重要的影響。因此，需要在建筑工程，尤其是在復雜建筑工程的施工過程中通過應用虛擬現實技術來設計、制定相關的方案，提升生產效率、降低工程的生產成本，并保障整個工程的施工質量。基于此，在應用虛擬現實技術的時候，可以通過建立周圍場景、結構構件以及機械設備等的三維CAD模型，由此形成一種具有一定功能的仿真系統，使其在進行工程設計的時候具有動態性的功能，在工程設計中進行人機交互、可視化環境的設計、修改與生成。

2.2 復雜工程施工過程仿真實現

（1）仿真平臺的選擇。

在應用虛擬現實技術進行復雜工程施工設計時，可以通過利用Enviusion軟件來對工程施工的運動情況進行仿真以及進行動力仿真。同時還可以通過應用Mechanical Desktop3.0，Soild-edge6.0等相關的軟件進行復雜工程的建模及設計。此外，在進行程序編寫的時候可以通過采用VisualC++以及GSL等軟件來編寫相關的環境程度。

（2）建模以及靜態組裝。

在復雜工程施工設計建立相關模型過程中，需要針對不同的建模對象采用非參數化建模以及參數化建模的方法。其中的分參數化建模適用于有大量相同造型且尺寸變化較小的情況。而像這種復雜建筑工程，存在著很多形狀復雜、尺寸標注多等情況時，就需要通過采用參數化的方式來建立相關的模型。因此，在復雜建筑設計時，需要將樓面、樓梯等相關模型輸入到Enviusion模塊之中，進而根據其中不同的特點及功能，組合成不同的機構。同時在Enviusion模塊中，機構是能夠進行獨立運行的最小單位，通過對其進行定位就能夠組裝整個機構模型。

（3）運動仿真。

在進行復雜工程運功仿真設計時，數值插值法在仿真物體的運動上十分有用。通過應用數值插值法能夠對相關物體的運動情況進行真實的模擬，進而減少了相關計算機的能力要求及標準。此外，在進行運動仿真的時候，還可以通過應用插值法的二次插值、三次插值以及Hemite插值等形式進行工程設計建模，由此來控制相關控件的非線性運動。

3 虛擬現實技術的應用實例

該案例模擬的是A市某商住樓的施工過程，該樓主要為框架結構。在施工設計的過程中通過應用三維軟件以及音視頻編輯軟件來對施工現場及技術進行模擬。同時，使用三維互動軟件還能夠對模板實體進行模擬，進而實現三維動態人機交互。

通過應用AutoCAD軟件來進行精確制圖，并建立三維模型，導出DWG、3DS格式的文件。依據對工程的制圖建立相關的場景模型，并進行材質的貼圖。此外，在操作系統中還需要設定好周圍的環境，模擬太陽光、人的觀察角度、創設虛擬漫游環境等等，保存并導出C3D格式的文件。而后通過應用三維互動軟件CULT3D對導出的C2D格式文件中的對象制定相關的動作及行為，例如：旋轉、移動、縮放等，由此就能夠形成一種虛擬三維互動，并能夠通過互聯網進行傳輸及瀏覽。而后將多個視頻文件進行剪輯形成一個連續的視頻文件，通過Photoshop軟件進行圖形處理都就能夠形成一個效果圖。

4 結語

將虛擬現實技術應用到復雜建筑工程的設計中，不僅能夠通過三維圖形、音像等形式來實時、動態化地對施工全過程進行模擬。同時還能夠幫助相關技術人員更好地對施工現場進行觀察，進行全方位、全面性的設計，進而協調每一道工序。隨著計算機網絡技術的不斷發展與提升，虛擬現實技術能夠得到更好的提升，更好地為廣大人民群眾的生產生活服務。

參考文獻

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