虚拟现实技术在建筑施工教学中应用探究

'虚拟现实技术在建筑施工教学中应用探究　　摘要：虚拟现实技术是一种综合利用图形图像、多媒体、仿真模拟、智能传感等知识的新兴发展学科。建筑施工则是工程项目形成实体结构的最重要过程。通过在建筑施工教学中，引入三维虚拟现实技术，对于促进施工理论教学现实逼真性和组织合理性，具有重要的指导意义和实践意义。关键词：虚拟现实；建筑施工；实体结构；理论教学中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1、引言随着计算机技术的迅速发展，出现了很多种以计算机技术为基础的新兴科学技术。其中虚拟现实技术就是一种结合了计算机图形图像技术、多媒体技术、仿真模拟技术、智能传感技术以及并行网络处理技术等多种知识和手段的高新技术【1】。正是由于虚拟现实技术在现场仿真和情景再现等方面具有给人以身临现场的感受和体验的巨大优点，因此，虚拟现实技术一出现，就被众多行业的专家、学者、科研人员等尝试应用于不同领域解决不同的三维仿真验证等问题。7 建筑行业作为我国经济和社会发展的重要支柱产业，在国民经济中具有重要地位。建筑施工过程则是建筑项目投资形成工程实体的关键过程，合理的施工过程对于工程项目进度、成本、质量控制等方面具有重要影响。源于施工过程在建筑过程中的重要性，作为建筑施工教学而言，有必要引入虚拟现实技术，以达到学生在前期学习中就能深刻感受和体验到施工过程的现场复杂性和场景真实性。同时，让学生真正理解施工过程的技术可行性和经济合理性的相关原则和处理方式。2、虚拟现实技术简介虚拟现实又可以被称作虚拟环境，其本质是指由计算机生成的一个实时三维空间。主要研究交互式实时三维图形在计算机环境模拟方面的应用【2】。即它是由计算机产生，通过视觉、听觉，触觉等作用，使用户产生一种身临其境的交互式视景仿真；此外，用户和系统之间可以通过信息交流来构造现场情景达到互动效果的逼真再现；虚拟现实技术突破了时间、空间和其他客观条件等约束因素的限制，让使用者通过这种高级人机接口技术真正感受和体验到现场“真实”情景。7 一般来说，与传统计算机技术相比，虚拟现实技术主要具有三个关键特性，分别是沉浸性、交互性和构想性【3】。首先，沉浸性主要是指系统可以最大地给予人们客观世界的真实感觉，即给人一种全方位的沉浸于这个“虚拟的真实“环境中的感觉，沉浸性主要是通过相关视频、声音等设计元素，创造出模拟客观世界中人的感知效果和事物的自主效果。其次，交互性主要是指使用者和系统之间的交互，使用者通过交互设备操纵虚拟物体，以改变虚拟世界，从而使用者不再是作为旁观者单纯地接受计算机给予的信息。该特性是虚拟现实技术的最主要特征。最后，构想性主要是指虚拟现实系统并非是一个真实的环境系统，而是作为使用者解决客观世界问题的一种构思，其目的是避免真实情景改变所可能导致的风险。通常按照沉浸程度高低和交互程度强弱，我们将虚拟现实系统分为四类【4】。第一种是桌面式虚拟现实系统，即窗口VR，它成本较低，主要用于设计领域。第二种是增强式虚拟现实系统，它将真实和虚拟环境结合到一起，既可以减少对构成实际环境因素的计算又可以对实际物体进行操作。第三种是分布式虚拟现实系统，是虚拟现实技术结合网络技术构成多用户异地参与的一种“分布式虚拟真实环境“。第四种是沉浸式虚拟现实系统，是一种通过封闭用户感觉的方式，为用户提供一个新的、虚拟的感觉空间，具有最强的真实环境再现和沉浸感觉。3、虚拟现实技术在建筑施工教学中的应用3.1建筑施工虚拟化建立程序7 实际的建筑施工生产过程具有周期长、工序复杂、影响因素多等特点。因此，在项目建设前期很难获得一个全面的关于施工过程的真实信息概况。而且，项目建设具有不可逆转性，项目建设在实际施工过程中一旦出现问题，就可能会造成重大经济损失和人员伤亡。为了降低项目风险，提高项目成功度，有必要在前期设计过程中就采取措施降低风险，合理组织施工过程，而建筑施工虚拟化可以较好地达到这一目的。建筑施工虚拟化实现过程是：首先，在三维可视化虚拟环境中，用户通过相关设计软件构建建设项目周围真实环境；其次，在此基础上，进一步按照施工组织和管理过程结合设计图纸，搭建地基、基础、主体结构等部分的对象实体模型；再次，根据具体的对象实体模型确定相应的对象特征参数，并依据参数计算施工过程的各个阶段的成本、进度等信息以及测算在此架构下的安全系数；最后，根据控制要求进行模型修正，重复搭建和测算过程，最终达到组织和管理要求。3.2建筑施工虚拟化验证作用通过对施工过程的虚拟动态模拟，建筑施工虚拟化验证作用主要体现在以下几个方面：一是：设计方案筛选【5】。施工过程中，项目管理人员一般会提出几种不同的施工方案。对于如何评判各种方案的优劣，通过运用虚拟现实技术所提供的三维真实场景再现功能，会得到更加贴合实际的结论。7 二是：施工效果评价。通过虚拟现实交互技术，用户搭建和构造某个施工方案下的三维效果图，结合相应的数学模型对施工过程进行价值、进度及成本等分析，从而获得项目的整体质量、功能、外观等效果评价。三是：施工技术经济合理性。项目建设是一个综合过程，受到诸多因素的影响。作为项目施工过程而言，应该在保证项目最终质量和使用功能的前提下，注重施工技术的经济合理性。虚拟现实技术通过构建项目真实场景及对象实体模型，测算所对应的投入和费用等信息，从而确定施工技术的经济合理性问题。3.3建筑施工虚拟化教学优点运用虚拟现实技术在建筑施工教学中主要有以下几个优点：第一是：可以弥补实物教学资源的不足。由于建筑施工过程涉及到大量的实际资源，作为理论教学而言，教学单位很难具有足够的资金去购买相应实体资源进行教学，而虚拟现实技术通过情景再现和场景搭建，给学生提供了一个逼真的“虚拟真实环境”模型【6】进行实验。第二是：减少时空因素约束。实际的建筑施工过程具有时间、空间以及其他客观条件的约束。在教学过程中，学生难以真正进入现场进行感受和体验。虚拟现实技术则打破了这种限制，给学生创造了一个身临其境的环境，仿佛置身其地。7 第三是：提高学生的参与程度，激发学生的学习积极性。通过虚拟现实技术，学生可以创造不同的施工过程技术方案，并对其进行可行性及合理性分析，从而确定最优方案。让学生感受到一种成就感，激发其主动参与和学习兴趣。4、结束语目前，虚拟现实技术尽管由于软件、硬件系统技术水平的限制，未能大面积普及开来；但其发展前景诱人，是计算机技术的一个新兴领域，也是世界关注的热点技术。另外，在建筑施工教学过程中，虚拟现实技术也已经得到了较多地应用和发展，具有很强的发展潜力。相信随着时间的推移，虚拟现实技术在建筑施工教学中会应用的越来越广泛。参考文献[1]韩建华，赵春光，虚拟现实技术在建筑表现中的应用研究，建筑实践，2012.03[2]唐星焕，虚拟现实技术在建筑专业教学中的应用，湘潭师范学院院报（社会科学版），2003.06[3]何晓薇，虚拟现实技术在教学中的作用和应用，人力资源管理，2005.10[4]游丽，虚拟现实技术在建筑设计教学领域的应用，四川师范大学学位论文，2010.04[5]张颜媛，浅谈虚拟现实技术在建筑设计中的应用，工艺建筑，2009.097 [6]柯健，任平，李金祥，虚拟现实中建筑建模的研究与实现，苏州市职业大学学报，2007.087'