土木工程虚拟现实技术

土木工程虚拟现实技术（精选12篇）

土木工程虚拟现实技术 篇1

随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加入,建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂,对土木工程学科管理的科学性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的研究热点。虚拟现实技术是综合性与集成性极强的高新技术,在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科,已显示出一定的实用性,技术潜力十分巨大,应用前景非常广阔。

一、虚拟现实技术及其特点

虚拟现实技术,又称灵境技术,是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支,大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的,并非是真实的,但当用户进入这一局部世界时,在感觉上与现实世界却是基本相同的。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以,虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。

1、沉浸性

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点,由计算机产生逼真的三维立体图像,使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备,便可将自己置身于虚拟环境中,成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用,就如同在现实世界中的一样,一切感觉都是那么逼真,有一种身临其境的感觉。

2、交互性

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互,使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

3、多感知性

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置,因此,使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知,从而达到身临其境的感受。

二、虚拟现实技术在土木工程中的应用领域

由于具有上述的优势特征,虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用,并且具有广阔的应用前景。现阶段,虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面。

1、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。

建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中,不仅要考虑施工过程的安全性、可行性,还要考虑结构本身在施工过程中安全性、可靠性。某展览中心,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。为了减小钢桁架的变形,更为了维持结构的稳定,在钢屋盖桅杆和混凝土之间,采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆,形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中,不同的支撑方案、不同的拼接方案,在结构的不同部位会引起不同的效应,而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,并影响到最终的结构受力安全性;并在结构就位过程中,有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确分析。

2、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。

3、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。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。

三、结语

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,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的应用。

摘要：虚拟现实技术是一项集成性极高的高新信息技术,本文通过对VR技术的讨论分析了VR技术土木工程中的应用,指出VR技术必将在土木工程中发挥越来越重要的作用。

关键词：虚拟现实技术,土木工程,可视化计算

参考文献

[1]张跃.土木工程中的虚拟现实技术[N].科技日报,1997-6-23.

[2]沈金良.虚拟现实技术在工程设计中的应用[J].科技交流,2004(3)

[3]谢行浩.建筑工程系统仿真[M].北京:科学出版社,2001:25-37

土木工程虚拟现实技术 篇2

一、虚拟现实的概念内涵及应用领域

虚拟现实技术又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”等，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。

虚拟现实技术正在广泛地应用于军事、建筑、工业仿真、考古、医学、文化教育、农业和计算机技术等方面，改变了传统的人机交换模式。

二、虚拟现实的基本特征

虚拟现实技术的基本特征可以简洁地表征为沉浸性、交互性和构想性。 沉浸性

沉浸性是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用难以分辨真假的程度例如可视场景应随着视点的变化而变化甚至超越真实如生成比现实更逼真的照明和音响效果等。 交互性

交互性是指用户对虚拟环境内的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。例如用户可以用手直接取虚拟环境中的物体, 这时手应该有触摸感, 并可以感觉物体的重量, 场景中被取的物体也立刻能够随着手的移动而移动。 构想性

构想是指用户沉浸在多维信息空间中, 依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识, 发挥主观能动性, 寻求解答方式, 形成新的概念。

三、虚拟现实的硬件设备与软件技术

在虚拟现实系统中，硬件设备主要由3个部分组成：输入设备、输出设备、虚拟世界生成设备。此外系统还需要虚拟现实的相关技术。

1、虚拟现实的输入设备

有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两大类：一类是基于自然的交互设备，用于对虚拟世界信息的输入；另一类是三维定位跟踪设备，主要用于对输入设备在三维空间中的位置进行判定，并送入虚拟现实系统中。

虚拟世界与人进行自然交互的实现形式很多，有基于语音的、基于手的等多种形式，如数据手套、数据衣、三维控制器、三维扫描仪等。

手是我们与外界进行物理接触及意识表达的最主要媒介，在人机交互设备中也

是如此。基于手的自然交互形式最为常见，相应的数字化设备很多，在这类产品中最为常用的就是数据手套。

数据手套是美国VPL公司在1987年推出的一种传感手套的专有名称。现在，数据手套已成为一种被广泛使用的传感设备。数据手套戴在用户手上，作为一只虚拟的手用于与虚拟现实系统进行交互，可以在虚拟世界中进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制等操作，并把手指和手掌伸屈时的各种姿势转换成数字信号传送给计算机，计算机通过应用程序识别出用户的手在虚拟世界中操作时的姿势，执行相应的操作。在实际应用中，数据手套还必须配有空间位置跟踪器，检测手在空间中的实际方位及其运动方向。

2、虚拟现实的输出设备

人置身于虚拟世界中，要体会到沉浸的感觉，必须让虚拟世界能模拟人在现实世界中的多种感受，如视觉、听觉、触觉、力觉、痛感、味觉、嗅觉等。

基于目前的技术水平，成熟和相对成熟的感知信息的产生和检测技术仅有视觉、听觉和触觉（力觉）3种。感知设备的作用是将虚拟世界中各种感知信号转变为人所能接受的多通道刺激信号，现在主要应用的有基于视觉、听觉和力觉感知的设备，基于味觉、嗅觉等的设备有待开发研究。

3、虚拟现实的生成设备

在虚拟现实系统中，计算机是虚拟世界的主要生成设备，所以有人称之为“虚拟现实引擎”，它首先创建出虚拟世界的场景，同时还必须实时响应用户各种方式的输入。

通常虚拟世界生成设备主要分为基于高性能个人计算机、基于高性能图形工作站、高度并行的计算机系统和基于分布式计算机的虚拟现实系统四大类。

① 基于高性能个人计算机虚拟现实系统主要采用普通计算机配置图形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虚拟现实系统；

② 基于高性能图形工作站虚拟现实系统一般配备有SUN或SGI公司可视化工作站；

③ 高度并行的计算机系统采用高性能并行体系；

④ 基于分布式计算机的虚拟现实系统则采用网络连接的分布式结构计算机系统。

4、虚拟现实的相关技术

虚拟现实系统的目标是由计算机生成虚拟世界，用户可以与之进行视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等全方位的交互，并且虚拟现实系统能进行实时响应。

要实现这种目标，除了需要有一些专业的硬件设备外，还必须有较多的相关技术及软件加以保证，特别是在现阶段计算机的运行速度还达不到虚拟现实系统所需要求的情况下，相关技术就显得更加重要。

虚拟现实的相关技术主要有立体视觉显示技术，环境建模技术，真实感实时绘制技术，三维虚拟声音的实现技术，自然交互与传感技术等等。 立体视觉显示技术

人类从客观世界获得的信息的80％以上来自视觉，视觉信息的获取是人类感知外部世界、获取信息的最主要的传感通道，视觉通道成为多感知的虚拟现实系统中最重要的环节。

在视觉显示技术中，实现立体显示技术是较为复杂与关键的，立体视觉显示技术是虚拟现实的重要支撑技术。 环境建模技术

在虚拟现实系统中，营造的虚拟环境是它的核心内容，要建立虚拟环境，首先要建模，然后在其基础上再进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。

虚拟环境建模的目的在于获取实际三维环境的三维数据，并根据其应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度。

在虚拟现实系统中，环境建模应该包括有基于视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模。

但基于目前的技术水平，常见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模，这方面的理论也较为成熟。

三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模等。

1)几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法，它处理物体的几何形状的表示，研究图形数据结构的基本问题； 2)物理建模涉及物体的物理属性；

3)行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作机理。 真实感实时绘制技术

要实现虚拟现实系统中的虚拟世界，仅有立体显示技术是远远不够的，虚拟现实中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的产生不仅需要真实的立体感，而且虚拟世界还必须实时生成，这就必须要采用真实感实时绘制技术。

所谓真实感绘制是指在计算机中重现真实世界场景的过程。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。三维虚拟声音的实现技术

在虚拟现实系统中加入与视觉并行的三维虚拟声音，一方面可以在很大程度上增强用户在虚拟世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以减弱大脑对于视觉的依赖性，降低沉浸感对视觉信息的要求，使用户能从既有视觉感受又有听觉感受的环境中获得更多的信息。

四、虚拟现实技术展望

虚拟现实技术依赖于计算机的高速运算和传输。高速运算和传输能解决虚拟现实环境的复杂逼真的环境构造和海量数据处理的问题，从而解决因计算和传输滞后引起参与者的心理疾病。

虚拟体的基本属性是与几何、物理和生物行为融合的。再好的真实感也离不开虚拟体的仿真行为。虚拟现实技术的真实感主要体现在视觉和听觉上，“多感知交互”正在成为热点。对力反馈系统的进一步研究、嗅觉、味觉和体表感受都是未来虚拟现实的内容。基于互联网的虚拟现实伴随互联网的发展而成为热点。

我国的虚拟软件还处于起步的阶段，希望国内有更多的自主知识产权的开发平台。

广阔的应用领域又向虚拟现实技术提出了新的创意和难题，应进一步推动虚拟现实的发展，目前虚拟现实技术的发展仅限于人们的想象力。

五、论文小结

虚拟现实技术是一个极具潜力的前沿研究方向，是面向21世纪的重要技术之一。

它在理论，软硬件环境的研究方面依赖于多种技术的综合，其中有很多技术有待完善。可以预见，随着技术的发展，虚拟现实技术及其应用会越来越广泛。

本论文概述了虚拟现实的定义、硬件、软件和应用，并对虚拟现实技术和应用的新热点做了展望，最后对学习“虚拟现实技术”这部分知识进行了总结。

土木工程虚拟现实技术 篇3

关键词 虚拟现实 实验室 安全

一、“虚拟实验室”的优点

相对于传统的实验教学模式，利用虚拟现实技术创建虚拟实验室，不仅可以节约实践教学成本，突破时间和空间的限制，更有利于学生实践技能和创新能力的培养，是计算机技术在实践教学中应用的一个重要发展方向。想比较传统实验室而言，虚拟实验室具有系统开放灵活，与计算机技术保持同步发展、价格低廉、开发与维护费用低、技术更新周期短、用户可定义仪器功能等优点。

在教学方面，虚拟实验室也具有得天独厚的优势。

（一）立体化、多视角呈现教学内容

以往，教学信息多是以文字、图片、视频、动画等形式呈现，学生受视角限制，缺乏立体感且略显单调、乏味，而利用虚拟现实技术的三维仿真特性，我们可以讲教学内容以三维模型的方式进行立体化多视角地呈现，使学生以真实世界的感受完成学习、提高学习质量。

（二）突破时间和空间的限制

传统的实践教学在实验室进行，需要实验器材、设备等支持，同时，在时间和空间上有很大程度的限制。虚拟实验室彻底打破了时间和空间的限制，提高实践教学效果。例如宇宙天体的形成需要几百万年，通过虚拟现实技术，可以完成呈现并中途改变。又例如，生物中的遗传定律，生活中用果蝇做实验往往需要数月，然而用虚拟现实技术，在一堂课中就可以实现。

（三）远离实验伤害，减低安全隐患

在传统的实践模式中，往往采用播放电视录像的方式来代替一些危险实验。利用虚拟现实技术，学生可以在虚拟场景中完成，丰富感性认识，例如虚拟的化学实验。

（四）创设人性化学习环境，激发学生学习热情。

虚拟实验室交互性好，可操作性强，学生在虚拟现实环境中是一个主动观察者，他可以通过不断进行探索，分析、判断，完成真实实验完成不了的操作，从而激发学生的积极性，加强创造能力。

二、“虚拟实验室”的开发工具

构建“虚拟实验室”有多种方法，目前常用的实现构建技术有：JAVA 、ActiveX、VRML、QTVR、Flash等，这几种技术各有特点。其中，三维的虚拟实验室适宜用VRML技术开发，综合性能较好；二维的虚拟实验室适宜用Flash开发，综合性能比较好。

用这些技术构建虚拟实验室的基本思想是一致的，即用软件方法来模拟硬件设备的功能和实验的物理化学特性。他们具有下面的共同特性：

①与现实中的实验仪器的物理化学特性相一致。②很强的交互和实时反馈的能力。③能够多人合作实验的功能。

就供油安全工程教学来说，主要涉及化学、流体力学以及油库安全工程等多种学科，其中许多内容需要以实验的方式来示教，虚拟技术发挥空间巨大。

三、“体力学虚拟实验室”的开发

（一）实验内容

在“流体力学虚拟实验室”中可以完成“雷诺实验”、“静压强实验”、“能量方程实验”、“动量方程实验”、“文丘里流量计流量系数的测量实验”、“孔口管嘴出流实验”、“沿程阻力实验”、“局部阻力实验”等8个项目的实验项目。

（二）开发工具以及实现方法

１．针对不同的实验分析其机理、规律，建造数学模型，应用Flash自带的ActionScript编写程序。

２．应用Flash制作或手绘实验所需的各种仪器和设备模型，应用Flash动画技术完成流体摆动，各种状态流动的动画模型。

３．通过动画技术与交互代码的配合实现实验仪器功能的模拟和实验所需的各种效果。

４．应用ASP和Access数据库编写实验报告、自动评判程序以及教师调阅页面。

（三）操作流程

１．登陆实验网页选择实验。

２．学习实验相关原理及在线观看实验演示。

３．进行虚拟实验，在实验报告表单中记录数据、填写实验报告，回答问题。

４．系统自动评测实验结果，教师可以远程抽调学生的实验报告，了解情况予以评判。

５．实验结束，学生可以选择重做实验。

四、“有机化学虚拟实验室”的开发

（一）实验内容

根据有机化学实验课程，将实验内容拆分为8个基本单元操作，包括分馏、熔点测定、简单回流、水蒸气蒸馏、萃取、柱色谱、减压蒸馏和电磁搅拌。其中每个基本单元均由实验原理、实验装置、实验步骤、实验演示等构成，形成了适合教学的有机化学实验内容体系。

（二） 设计思想以及开发工具

该系统采用Powerpoint和VB作为主要开发工具。在课件部分，利用多媒体制作软件Powerpoint链接各章的重点难点，灵活运用了文字、声音、图形、动画等手段，具有很强的真实感和表现力，大大提高了学生的学习积极性。在虚拟实验室部分主要利用VB开发虚拟实验室平台，并完成该课程的主要实验内容。

五、总结

实验室的建设与发展已经成为高校内涵建设的重要内容之一，虚拟技术在实验室建设方面，优势明显，虚拟实验室具有耗资少、配置灵活、交互能力强、仿真程度高等优点，很大程度上解决了硬件设备相对短缺、实验课时和实验场地不够的问题，对于改变传统实验教学模式，促进实验室的开放和提高学生的实践创新能力具有重要作用。

参考文献：

[1]胡小强.虚拟现实技术[M],北京：北京邮电大学出版社,2005.

[2]贾皓离,宋瑞智,冯雪君,网络虚拟实验室应用研究[J].计算机工程与科学,2002(1):46－48.

土木工程虚拟现实技术 篇4

1 虚拟现实技术

虚拟现实 (Virtual Reality, VR) 技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术, 生成三维的虚拟环境, 介入者利用键盘、鼠标等输入设备, 或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境, 在虚拟环境中进行实时交互, 并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象, 获得身临其境的感受和体验。[1]虚拟现实的特征可归纳为三个“I”, 即沉浸、交互、构想 (Immersion, Interaction, Imagination) 。近年来, 随着计算机科学技术的发展和计算机性能的提高, 虚拟现实技术已广泛应用于国防、军事、医学、建筑和工程、科学、金融、电子商务、游戏和教育等方面。虚拟现实的三个基本特征沉浸感、交互性和构想性使之在教学上具有特殊优越性, 其在教育教学领域中的应用前景非常广阔。

2《工程测量》课程特点与教学中存在的不足

在非测量类专业中, 《工程测量》课程是一门专业基础技能课, 也是一门实践性很强的必修课, 它应用于多学科专业中。目前, 我院的《工程测量》课程主要面向土建类各专业, 包括建筑工程技术、道路与桥梁、市政工程、铁道工程、给排水、工程造价、工程管理、城市规划、建筑设计、园林等专业。对这些专业学生来说, 《工程测量》许多理论内容和仪器构造比较抽象, 学生不容易理解和掌握;对于仪器的操作过程如果只用文字和图片讲述课程, 学生根本不懂得操作, 教学难度比较大。

其次, 这些专业的计划学时52~120不等, 其中实验学时约占50%, 课程结束后还安排两周测量实习, 其实践环节在教学总学时中占的分量可见一斑。但随着教学改革的深入, 专业教学计划的修订冲击着每一门课程, 《工程测量》课时也有了不同程度的减少, 课后的两周实习也部分专业减少为一周。目前测量新知识新技术却越来越多, 使得工程测量实验内容非但没有减少, 一些新的实验内容如全站仪的使用、数字测图、激光仪器使用、GPS的应用等正在不断地被增加进来, 课程学时数满足不了实践教学的需要, 这样大大削弱了工程测量教学的实际效果。

再者, 由于实践教学经费严重不足, 测量实验仪器严重落后, 实验教学仪器设备跟不上现代测绘技术的发展。随着测绘技术的发展, 测量仪器已向数字化、自动化、智能化、实时化和信息化方向发展, 新型测量仪器不断出现, 并且在工程建设中已经广泛使用。[2]先进的仪器设备不在高校实验室而在工程设计和施工单位, 给高职类工程教育把握学科前沿、培养零距离上岗的高技能综合人才的目的同样地带来了严重的挑战。而如何把施工现场已普遍使用的先进的测绘技术的一些实用而简便的施工放样方法教授给学生, 是我们急需要解决的问题。虚拟现实技术的应用能够很好地解决《工程测量》课程教学中遇到的上述问题。

3 虚拟现实技术和多媒体技术在《工程测量》教学中的应用

3.1 虚拟仪器

把常用的测量仪器:水准仪、经纬仪和全站仪进行分解, 用3ds max建立仪器的三维数字模型, 既可展示仪器的整体形状, 又可展示仪器的各个部件如图1所示。仪器的三维模型经过虚拟现实 (Virtual Reality, VR) 软件的处理, 可在电脑上实现漫游, 即老师或学生可以自主地从不同角度和不同远近看仪器, 并且能通过虚拟现实技术实现仪器的拆装和检校。在课堂教学或学生自学时, 可以很方便地认识测量仪器的构造及说明仪器的使用。

3.2 虚拟仪器操作

水准仪、经纬仪是常规的测量仪器设备, 也是学习的重要内容。在三维模型的基础上, 利用电脑技术模拟仪器的操作, 使得仪器的操作过程和实际测量的方法的学习更加方便和直观。微倾式水准仪的使用容易出错的地方是仪器的精平, 通过虚拟动画的操作展示出精平时具体调节螺旋和达到的效果如图2所示, 使学生每次读数都记得精平。

仪器的“对中—整平”是经纬仪角度测量学习的难点, 为了提高设置仪器的速度和精度, 仪器在“对中—整平”时, 要注意先调整三个脚架的长度, 使全站仪的圆水准器居中, 仪器达到粗平的状态。然后松开中心连接螺旋, 移动全站仪使仪器精确对中, 最后再通过长水准器精确整平仪器, 使仪器精确整平, 从而达到仪器精确对中和整平的目的。在图3的动画中, 做到即又动作演示, 又有配音和操作指导, 效果更佳。

对于全站仪主要是通过模拟器训练距离测量、角度测量、坐标测量、放样、自由设站、数据传输等功能使用中的各按键操作和作业流程, 通过模拟器的训练和操作提示, 使学生真正实践时就会使用仪器。图4为南方测绘NTS-300系列全站仪模拟器。

3.3 虚拟实际工程测量过程

建筑工程测量以室外作业为主, 与地表形态和建筑物关系密切, 如何更多地变换实训环境, 或者更好地重现实际工作场景, 对提高教学效果有重要意义, 这也是本类课程的难点之一。我们利用虚拟现实技术, 在计算机中对真实的工作场景进行逼真的虚拟再现。这是一种全方位的三维数字模型, 就像三维游戏一样, 可以在场景中自由漫游行走, 从不同的角度观察每个细节。

根据学院的地形图和建筑设计图, 利用VR技术建立了整个校园的三维数字模型如图5所示, 利用该模型能够清晰、容易地介绍控制测量中学生比较茫然的控制点选择问题和控制测量的方法, 地形测量地物地貌特征点选择问题, 地形图绘制和应用问题, 以及如何根据建筑物的总平图及建立的1∶1的三维数字模型获取定位所需的坐标数据进行定位测量, 并根据建筑物的平面图进行施工放样等工作, 让学生直观、轻松地学习实际工程的测量工作。

4 结束语

虚拟现实技术在《工程测量》教学中的应用将有助于优化教学过程、激发学生学习的积极性、提高专业教学质量, 而且能让学生全方位观察仪器及其内部结构、实际工程测量过程, 使抽象的测量理论与直观的视觉印象能相互转换, 同时培养了学生建立正确的测量方法和科学获取数据的态度及创新能力, 适应了现代高职人才培养模式的要求。随着虚拟现实技术的发展, 它将在《工程测量》教学中发挥更大的作用。

摘要：将虚拟现实技术应用在《工程测量》教学中, 可以有效地克服《工程测量》教学中的不足, 有利于提高学生创新能力和解决工程实践中遇到的实际问题能力, 从而促进《工程测量》课程教学质量的提高。

关键词：虚拟现实,工程测量,教学

参考文献

[1]杨义刚.虚拟现实在《工程测量》教学中的应用探索[J].科教纵横, 2011 (6) :188.

虚拟现实技术动画艺术论文 篇5

一、新技术革新下的动画艺术发展趋势

动画作为艺术的一种表现形式，它具有特殊的文化内涵。动画艺术来源于生活，但它的艺术表现形式却又远远高于生活。动画创作中想象力和创新性是关键，动画中创造性大都是如何来体现的呢?它靠技术，然而在当前社会迅速发展的影响下，很多新型技术都进行了革新和研发，也伴随着动画行业的发展迎来一个灿烂的春天，并且在表现形式上呈现出多元化。很多动画作品不但在商业上获得了极大成功，而且其民族性、国际性、艺术性上也体现的淋漓尽致。所以说新技术的革新是动画艺术的发展趋势。

二、虚拟现实技术与动画艺术的融合之路

动画在当前社会的.发展中，在形式上很多情况不能满足商业或艺术上的要求，这就要求动画技术进行革新以满足其需求。然而，虚拟现实技术就应运而生了，虚拟现实技术使动画艺术在表现形式上更广，甚至促进新兴行业的产生。例如，虚拟三维仿真动画游戏，建筑漫游交互可视化，模拟军事、工业制作互动领域。

三、模拟真实环境，实时仿真交互

模拟真实环境主要是应用在商业中，早在加拿大，就已经投入运用了，即，在商业会议中，会议中的人员都不会到场，而是在家拿出手机或是电脑，进入一个虚拟的办公环境中，大家都坐下来开会就好了。这样就大大节省了资源。在虚拟的环境中每个模型的外形，进行真实的拟合，然后通过数据转换成三维模型。比如，蓝天白云花草树木的模拟、虚拟现实主题公园真实模拟、真实的建筑场景等。

四、动画艺术与虚拟现实技术的发展

动画艺术的设计可以挖掘传统文化中的元素。传统文化经过几千年的沉淀，所留下来的优秀文化大多是符合大众口味，都有其独特的艺术形式，吸引着各自的爱好群体。虚拟现实技术随着科技的发展，也日益健壮，把动画艺术融入到虚拟现实当中，其视感、触觉可谓大为观止。建筑行业中，为了把握市场趋势，果断启用最新技术把握住了商机。虚拟现实技术甚至成了当今房地产行业综合实力的象征与标志;工业生产中，虚拟现实技术给其带来了便捷，提高了效率，更是减少了损失;在军事模拟动画中，给战士充足的现场感觉，提升了培训质量。

五、结语

土木工程虚拟现实技术 篇6

关键词：高等职业教育；建筑工程技术专业；教学资源库

高等职业教育的建筑工程技术专业的教学资源库的建设，属于一个比较强大的系统工程，当前的媒体形式比较多，资源数量也比较大，对于质量方面的要求比较高，具有众多的参与者，使控制和管理得到有效的優化，这样一来，才会建立完整的、高效的系统，可以使参建人员的积极性得到调动，使建设资源库的进度和质量得到有效的保证。

一、高等职业教育建筑工程技术专业资源库建设的概述

高等职业教育建筑工程技术专业教学资源属于一种数字化的专业网络平台，可以有效的满足高职教育和企业培训以及行业技术推广等各种需求，使高职院校的师生和在职人员可以有效的检索资源，查询信息，下载资料，完成教学方面的指导，使共性以及个性的服务得到满足，使各种优质的资源得到共享。

建筑工程技术专业教育资源库建设的主要目标指的就是利用校企合作和校校合作的主要方式，对建筑工程技术专业人才的培养目标得到准确的定位，并且对在职培训和继续教育给予准确的把握，使其可以保持在建筑技术发展水平上，利用系统设计和先进技术和开放式管理等各种方式，关键内容就是建筑施工技术的应用，建设出具有高等职业特色的建筑工程专业的教学资源库，可以在我国的高职院校当中进行推广，使各种有效的资源得到共享，使建筑工程技术专业的课程体系得到有效的带动，改革教学模式和教学方法，使我国的高等职业教育建筑工程技术专业人才培养的实际质量得到整体的提升，也会因此将社会服务能力得到提升，为相关的岗位人才的技能得到更新和提高，高职学生在岗位接受再教育的时候，使个人多样化的学习可以得到更多的服务。

二、高等职业教育建筑工程技术专业教学资源库建设的思路

进行系统的设计，设计栏目，给予顶级的系统设计，要结合职前教育和职后教育以及专业教育等各个方面的整体方案。

实现校企合作，实现资源共享，和行业企业进行联系，建立有关资源收集和开发以及运行为一体的运行机制。以行业企业的技能人才标准为基础，制定出具体的教学目标，并且结合行业企业的工作过程，对教学的过程进行设计。紧密的结合教学资源和行业企业职业岗位的知识和能力以及素质。

以共性为主要内容，还要兼顾着各个方面个性的特点。对于不同地区和院校的特点需要得到兼顾，对于不同学习者的差异需要充分的考虑，资源的多层次和多元化需要得到重视，对于不同层次和不同地域的学习者的个性化需求需要得到最大程度的满足，使共性和个性得到有效的结合。

利用网络进行运行，实现不断的更新。使用者利用网络技术，可以非常方便的就开始查询和浏览，对需要的内容进行下载，可以在网络上进行各种教学活动，还可以进行讨论和答疑以及交流等等。以教学内容和教学需求为基础，对其发展不断的进行更新。

建设资源库的主要内容包括专业的标准库，主要是为了提供有挂建筑工程技术专业的课程体系和课程标准等。建立网络课程库。主要提供就是立体化的教材和教学课件以及实践教学任务书等各种资源。建立职业资格的认证库，建筑工程技术专业学生有关未来桌子也发展的各站需求，提供各种职业资格标准和考试大纲，还包括注册人员的职业资格标准和相关的考试大纲，除此以外，还包括各种模拟试题。建立专家库，针对高职院校的优秀教师和企业技术专业的基本信息等，设置相关的专家讲坛，建立具体的专家答疑的栏目。建立就业指导和资讯库，这个方面主要包括企业介绍和网站链接，还包括就业培训和就业指导等各个方面的内容。

三、建设建筑工程技术专业教学资源库的分析

（一）促进建筑工程技术专业的教学改革更好的发展

建筑工程技术专业教学资源库的建立需要利用校企合作和工学结合的方式，根据职业岗位的分析，遵循职业标准和技术标准。利用校内外的实验和实训等方式，使高技能人才培养的需求得到满足，促进学生可以获得持续的发展。将国外先进的教学理论和方法引进来，使课程体系和教学内容得到有效的改革，对于教学方法和教学手段得到改革，对于各个高职院校改革的先进经验进行吸取，使教学项目和施工项目实现一致性，建立资源共享平台，明确当前改革的动态和经验，建立人才培养的模式。

建立教学资源库，这样一来，教师可以利用资源共享平台，可以获得丰富的教学案例，还要对行业技术发展的动态进行掌握，对于其他高职院校当中优秀的教学经验进行学习，使理论知识水平得到提高，使专业的实践经验得到有效的增加，与此同时，还要使教学组织能力和教学责任心得到强化。利用这些优秀的素材资源和教学手段，使教学可以更加具备直观性和生动性，使学生可以融入到工程实践当中，让学生产生学习的兴趣，充满着主动性，使教学质量得到有效的提高。

（二）提升教学素质，实现良性循环

建设教学资源库，通过企业专家合作和企业调研实践等方式，使理论知识水平得到提高，建设和使用资源库，需要结合教师专业知识和教学实践，提升教师的专业技能，可以利用行业一线的最新技术，使校内的理论教学和实践教学得到丰富，教师自身的指导能力也可以得到提升。

结束语：

通过以上综合的论述，对高等职业教育建筑工程技术专业教学资源库建设进行全面的论述，提出一些具体的建议，可以使当今高等职业教育建筑工程技术专业得到更好的发展，培育出更加全面的人才。

参考文献：

[1]. 全国高等职业教育道路桥梁工程技术专业资源库建设的探索与实践[J]. 辽宁高职学报，2011，06：10-12+20.

[2]张海霞，赵乐乐. 共享型专业教学资源库平台建设的探索与实践——以内蒙古建筑职业技术学院示范性院校专业教学资源库建设为例[J]. 包头职业技术学院学报，2011，03：14-18.

[3]杜军. 突出实践教学是高等职业教育必要的教学环节——浅谈建筑工程技术专业的实践教学[J]. 天津市教科院学报，2012，04：68-70.

土木工程虚拟现实技术 篇7

关键词：二维码技术,土木工程材料实验,虚拟资源库

一、引言

土木工程材料课程是一门重要的土木工程类专业的专业基础课,而实验教学是土木工程材料课程的重要内容。随着科学技术的发展,土木工程材料发展速度的加快,相应的各种材料的标准和规范也在发生着变化。但目前的实验教学内容却没跟上形势的发展,导致学生知识面窄,对新材料、新标准、新方法的了解较少,认识肤浅,实际应用能力差,毕业后进入建设第一线时的盲目和不知所措状况较突出。传统实验教学模式难以改变目前面临的现状,而各种新技术的出现为解决这一困境提供了可能。

二、二维码技术简介

“二维码技术”是用某种特定的几何形体按一定规律在平面上分布黑白相间的图形记录数据符号信息的应用技术。二维码可存储多种形式的信息,具有可加密、纠错能力强、可靠性强、制作成本低等特点。随着国内4G移动互联网以及智能手机、平板电脑等移动终端的普及,扫描二维码这种信息交流的方式正在改变着我们的生活。值得注意的是,年轻人恰恰是对这些新兴技术最为崇尚的群体。因而,适时把扫描“二维码”的现代技术手段引入《土木工程材料》实验教学活动之中,不但方便快捷,也很符合青年学生的行为习惯。学生可以直接获取数字资源,减少学习环境的切换,可以进行专注深入的学习。同时,利用二维码搭建的学习支架有助于提升学习效果和小组协作的交流。

三、虚拟资源库的建设

针对目前土木工程材料实验课程中的问题,确保资源库数据的科学性、前沿性,在资源库的建设过程中,将组织具有土木工程材料专业知识、丰富的实验教学经验的课题组成员,进行土木工程材料实验虚拟资源库的构建。

(一)修订实验教学大纲和实验指导书

依托新材料新规范建设的虚拟资源库与现有的教学大纲及实验指导书不相匹配,因此需要基于虚拟资源库的数据编写《土木工程材料试验》教学大纲及实验指导书。新实验教学大纲和实验指导书的修订将改变传统的土木工程材料实验教授的方式———验证型实验,完善综合、设计、探究性实验,以使学生掌握理论知识,锻炼学生的动手能力和独立解决问题的能力。在修订实验教学大纲和实验指导书的同时,将新规范、新理论、新材料编入,视角更多的放在近年来在土木工程领域广泛使用的新型材料,并添加相关的实验内容、实验方法与手段,完善资源库,提高学生的视野,激发学生的学习兴趣。

(二)制作实验教学课件(或视频)

本课题基于虚拟仿真技术制作,以录像和动画为主的土木工程材料实验教学课件(或视频)。该课件(或视频)不仅包括大纲规定的课内8个学时的实材实验,还补充了工程中常用的钢材拉伸、冷弯性能等常用材料的实验录像。

依托土木工程实验教学示范中心这一平台,完善授课录像及实验课多媒体课件,在常规网络教学内容的基础上,根据每次实验内容补充丰富的工程实例、工程案例和由于材料不符合要求导致的工程事故,突出实践取向,构建基于工程案例的网络资源库。同时加入全国大学生混凝土材料设计大赛作品,建立理论知识和实际操作的资源库。

紧密联系土木工程材料发展最前沿,将高性能混凝土、绿色混凝土、自密实混凝土及自保温建筑材料等新型土木工程材料的研究动态、发展趋势、实验制备和检查方法等纳入网络教学数据库。

将以上搜集、制作的课件(视频)结合实验教学目标、实验体系、教学大纲、实验内容、实验方法与手段、电子教案、实验教材、实验资源等转化成网上辅助教学资源,以完善网络辅助教学。

(三)整合构建资源库

将构建的实验动画、视频以及辅助教学资源整合、归类,形成各自标签,然后上传网络形成二维码资源库以供学生扫描、查看。本课题采用ZZY.QR二维码识别生成器,将构建的实验视频、动画、仪器及操作步骤等相关信息整合起来,形成各自标签,只要用手机或者PAD扫一扫二维码,就可以对土木工程材料实验的名称、实验原理、实验方法和操作步骤全部熟悉。这可以使生成的二维码具有一定的识别性(图1)。

(四)更新维护资源库

随着科技的发展,土木工程新材料、新技术、新标准不断出现,会造成原有二维码资源库的滞后与错误。为保证本课题所建设资源库的科学严谨性和前沿性,需要依据最新的材料标准和规范重新进行实验并制作课件,以对资源库及时进行相关的修正和更新。

四、资源库的应用

二维码虚拟实验资源库的建设以培养具有创新精神、科研精神和较强实践能力的人才为目标。在实验教学中充分运用二维码资源库操作简单、互动直观的优点,改变教学理念,优化教学内容,培养终生学习的能力。

(一)转变师生观念,突出实验教学重要性

传统实验教学多以验证性实验为主,学生只要按照实验指导书中的方法和步骤进行操作,得到相应的实验数据,验证材料性能。因此学生普遍存在对土木工程材料实验课的轻视,造成学生学习兴趣不高,课堂效果不好。欲从根本上改变这种境况,需要转变师生观念,突出实验教学在理论分析和工程实际中的作用,同时完善综合、设计、探究性实验,增加学生学习兴趣。

(二)实验教学方式改革

改革将从传统实验教学模式过渡到“学生为主体,教师为主导”的教学模式,而二维码虚拟实验资源库的建设将成为这一改革的有力武器。课前任课老师通过发放相关实验资源的二维码信息,学生在课下扫描二维码查看相关实验的实验教学目标、实验体系、实验内容、实验方法与手段等网上辅助教学资源。同时在观看仿真动画与视频的过程中,对关键性的操作步骤或重点地方会出现相关的问题,回答完成问题后才能继续观看。对于课堂上学生出现的实验操作过程遗忘等问题,可以在各实验仪器贴上相关资源的二维码,以便学生进行查漏补缺。

建立开放性实验室,为学生自主学习提供便利。在课堂上未完成的实验,课后学生可以进行网上预约。通过扫描二维码进入预约界面,同时需要进行未完成实验的学习以及相关实验安全、操作流程和实验注意事项的测试,只有通过测试才可以进入实验室进行实验。对于学生自主设计或感兴趣的实验,需要通过扫描二维码上传详细的实验指导书以及实验安全问题预估报告,通过实验指导老师评估,可在实验员指导下进行实验。

(三)完善学生考评体制

以往实验成绩在学生总成绩的比重比较低,实验学习考核形式简单,主要是填写实验汇报。因此需要提高实验成绩的比重,完善考核形式。二维码虚拟实验资源库可以丰富考核机制,学生通过扫描二维码,填写个人信息进入资源库学习,并进行相关实验的习题测试。任课教师能够在终端查看到学生学习进度以及测试成绩,通过这种方式丰富学生考评机制。教师可对学生在测试过程中高频出现的错误点进行讲解。

五、资源库应用总结分析

(一)应用效果总结

整合现有资源构建的二维码虚拟资源库形成了一种新的教学设计与教学方式,其具有资源集成度高、便于交互等优点,为《土木工程材料》实验的课程建设与教学改革提供了一种新的思路。通过两个月的实践应用,我们发现:二维码技术作为一种新的教学媒体,营造了生动活泼的课堂氛围,实现了教学环境的数字化、智能化、网络化,对学生创造能力、分析解决问题能力、动手能力等的提高具有重要作用。

(二)虚拟资源库在实践中遇到的问题及解决方案

二维码技术的发展已相当成熟,但在实验教学中的应用还处在初级阶段。随着教学进度的不断进行,在实践中逐渐显现出一些问题:(1)扫描二维码进入资源库学习需要大量手机流量。通过联系三大电信运营商获悉,目前的移动网络业务包月费用相对于学生而言偏高。(2)学生遗失二维码。对于在课堂上发放的二维码图像,部分学生不注意保存,致使在后期复习时出现丢失二维码的问题。(3)学生过度依赖二维码。二维码虚拟资源库的建设旨在辅助学习。但在实践过程中发现,部分学生过度依赖二维码虚拟资源库,不与同学进行交流学习。

针对以上出现的问题,课题组通过讨论决定:(1)在实验室覆盖无线网;(2)将每一节实验的二维码图像附在实验指导书对应章节;(3)充分发挥实验小组组长的职责,督促学生交流学习。

参考文献

[1]杨医博,刘庆志,施贤真,等.土木工程材料实验交互式学习课件的研制[J].高等建筑教育,2008,17(3).

土木工程虚拟现实技术 篇8

典型的数据采集控制系统由四大部分组成。

由于可编程仪器放大器技术、即插即用技术、告诉数据采集技术、多层电路板技术等最新技术的运用,让我们的数据采集卡很好的保证了和仪器一样的性能(精度、可靠性),该解决方案的使用让用户可以建立功能更加灵活,性能高但成本并不高的数据采集控制系统。

(一)基于GPIB接口的虚拟仪器

GPIB(General Purpose Interface Bus)是一种8位并行数据通讯接口,传输率达每秒钟1MB以上,有IEEE488 1 1987和IEEE48821992两个标准。如图所示,GPIB构成的虚拟仪器系统由GPIB接口卡和一台计算机以及若干台GPIB仪器通过标准的GPIB电缆相互连接而成。利用VXI总线实现虚拟仪器VXI是虚拟仪器比较具有代表性的硬件实施平台,它的特点是数据传送性能高,支持共享存储器,拥有多处理器结构,在实际运用中可以同时操作和测量数个已获得的数据通道,且可以实现对对个参数的高精度测量。一个基本的VXI仪器系统可以有三种不同的配置方法。

1)GPIB控制解决方案;

2)嵌入式计算机控制方案;

3)MXI总线控制方案;

从目前业界来说,比较主流的开发环境主要有2种:基于图形编程语言设计的虚拟仪器,比如labview,另一种为编程语言设计的虚拟仪器,例如CVI等。其中labview是世界上首次使用图形编程技术的开发系统,其本质是32位编译型程序开发系统。

(二)虚拟仪器技术的关键以及发展

虚拟仪器的最关键最基本的技术为总线技术。

我们要用到电脑的几种插槽(如PCI插槽、ISA以及各种扩展槽),在开发虚拟仪器之前,我们必须先确定用何种总线标准,PCI总线就是近年来一种比较先进和主流的总线规范。这种总线规范具有极好的兼容性,且功能全,传输效率也相对较高。在1998年,NT公司公开发布了PXI总线标准,这种标准可以看做是PCI在该领域的一次突破性扩展,有了这种新的标准,让我们的硬件功能可以更加强劲,在处理虚拟仪器的数据时处理速度大幅度提升。

二、虚拟仪器技术的应用

在开发和推广图形化编程技术这方面,我们首先要提到的是总部位于美国的NI。该公司作为业界的领军者,可以提供一个完成度非常高的虚拟仪器系统所需的所有硬件产品(包括各种性能优良的的数据采集产品,各种GPIB仪器控制产品以及各种不同配置方案的VXI仪器控制产品等)。NI的虚拟仪器的开发平台Lab VIEW作为目前最常见的编译型图形化编程语言,将以往非常复杂且程序繁琐的编程简化为直观、简单的图标或菜单,并运用线条将各个图像相互连接起来的简单编程方式。Labview中的源程序,非常类似于程序流程图。因此,我们只需要将程序流程框图做好,程序的编译也大体完成。在查错时也不必先编译,而是找出语法的错误即可。在实际操作中,我们只需要简单的点击鼠标左键三次,立即可以找出错误的类别,和具体的位置。该特性使用起来非常方便也极大的降低了工作人员的工作量。

三、汽车发动机检测系统

我国的清华大学利用虚拟仪器技术建立的汽车引擎检测系统,对发动机的动态检测如功率特性、负荷等特性进行检测。以前我们都是在DOS下开发的开发程序,往往需要很多年才开发出的系统在实际的使用中都不理想,现在将系统移植到labview下,不但开发时间大大缩短,开发出的检测系统其功能性、控制性能、扩展性能都大大的提高。

四、虚拟仪器技术在汽车测试实验中的应用

现在我们使用labview所提供的基本模块来制作简易的实验测试系统,便能够相对比较形象的展示出实验场景的搭建,并且可以对相关的控件进行操作,开展实验。

下面本文将以汽车热敏电阻传感器作为例子来介绍如何使用该系统编制程序进行实验。

名称:热敏电阻特性曲线测定

要求:实测PTCNTC 2种热敏电阻的温度曲线

工具:一般配置的计算机(win7操作系统)、labview软件

用公式节点给出随温度变化2种热敏电阻阻值的变化关系

我们将温度区间设定为20-120摄氏度,其中每5摄氏度为一个测试节点,每个温度测量的时间间隔是1000ms用功能面板里的write to spread sheet file函数,将电阻值和温度值保存成文本格式(.txt)。具体的文件名和保存路径有用户自己来设置。

具体顺序如下,当程序启动,先选择类型为热敏电阻,点击电吹风加热键,随着温度的持续增加,负温度系数的热敏电阻阻值直线降低,最终当温度上升至120度时,画出温度特性曲线,这是计算机自动弹出保存按键,键入自定义的文件名予以保存。

与传统实验方式比较

优点总结

在传统的实验中,所需要的实验设备非常多,具体有数热敏电阻、万用表、烤枪、温度计等等,而在虚拟设备中,我们仅仅要用到的硬件是装有labview软件的计算机。相对来说实验的经费投入大大减少,且极大的降低了实验室日常维护保养得难度。

土木工程虚拟现实技术 篇9

1 BIM虚拟施工技术的概述

BIM即建筑信息模型, 主要是指对建筑项目物理及功能特性的数字表达。所谓BIM虚拟施工技术就是指将建造过程在计算机上虚拟出来, 然后及时发现存在的各种问题, 以便对施工方案进行改进, 这样能够有效保证后期的施工质量。BIM虚拟施工技术融合了计算机辅助设计和虚拟现实等技术, 在高性能计算机硬件等相关设备的基础上, 将工程管理中的各个要素集合到一起, 这样一来就形成了一个工程数据模型, 该模型包含了对整个建筑生命周期中所有的信息和知识资源[1]。

2 BIM虚拟施工技术的应用优势

2. 1提高施工质量, 帮助企业实现集约化管理

在工程项目管理中采用BIM虚拟施工技术能够帮助管理层随时获取现场施工信息, 然后及时、准确的作出施工指导, 不仅避免了信息沟通交流不畅带来的麻烦, 也降低了管理成本, 促进集约化管理模式的实现。同时, 还在很大程度上促进了工程管理效率和质量的提升, 为工程项目的顺利开展和完成提供良好的基础。

2. 2有利于节约建筑和管理成本

当前的工程建设项目过程更加复杂, 提升了工程管理的难度, 因为设计变更和施工返工而导致的成本增加成为当前建筑行业的普遍问题。据不完全统计, 在建筑总承包工程中, 因为设计和施工方案不合理而导致的经济损失达到10% 到20% 。在这种情况下, 利用BIM虚拟施工技术能够详细的展现工程的空间信息, 正式的施工开始之前, 可以对设计和施工方案的合理性进行检验, 大大降低了返工率[2]。

2. 3有利于实现精细化管理

精细化管理是工程建筑管理的重点也是难点, 尤其是在目前的很多高层和大型建筑中, 施工环节众多且复杂, 对精细化管理的技术和成本投入要求都比较高, 单靠人工和普通的计算机系统难以实现。BIM虚拟施工技术可以提前对整个施工过程进行模拟, 甚至可以细化到每一构件和管道的位置, 这就为精细化管理模式的建立提供了良好的技术基础。

3 BIM虚拟施工技术在工程管理中的应用

3. 1应用原理

以建筑工程的设计和施工方案为基础, 利用BIM软件建立起工程项目各种相关信息的模型。在正式的施工开始之前, 检测设计方案, 对其进行详细的分析和对比, 以及优化模拟, 从而制定出施工进度计划以及科学合理的施工方案。如果在检测过程中发现了设计漏洞, 就可以及时弥补和改进, 避免后期因为设计变更而增加造价成本。同时, 利用3DMAX动画对复杂部位或工艺进行展示, 能够更加直观的对现场施工进行指导, 使得各个施工环节和工序更加协调。在实际的施工过程中, 也可以实时的对模型进行维护, 并根据设计变更、技术核定以及实际的施工情况调整模型。工程竣工以后, 也可以利用BIM软件重现施工全过程, 对于项目资金的使用情况, 成本的支出情况等进行分析, 发现施工过程中存在的问题, 作为后期改进的依据以及责任追溯的证据。

3. 2操作流程和要点分析

第一, 提供标书文件、图纸、施工合同等虚拟施工方案编制依据。 资料员收集并提供工程《设计图纸》、《标书文件》、《工程施工合同》以及《建筑施工组织设计规范》等作为《虚拟施工方案》编制的依据。

第二, 组织虚拟施工方案编制工作。根据工程施工合同以及具体的施工要求, 编制虚拟施工方案。

第三, 建模阶段提供技术支持。在建模过程中, 技术部门要提供必要的技术支持。如果图纸的表达意思不明确、不同专业的图纸之间产生了冲突等, 就会使得编制人员理解到信息不一致, 影响模型建立的公平公正性, 最终的模型也不能很好的为工程管理提供帮助。因此, 技术人员必须参与整个建模过程, 随时提供技术支持。

第四, BIM建模。以招投标文件、施工图纸以及招标答疑等资料作为参考依据, 采用BIM软件创建BIM模型, 建立工程土建、钢筋、安装BIM模型[3]。

第五, BIM模型评审。BIM模型建立之后, 要对其所展示的三维建筑设计方案进行审核, 重点审核设计图纸和模型是否相符, 节点部位是否符合图纸设计要求, 现场的施工条件能否满足。

第六, 对评审过程中发现的设计问题进行汇总, 然后统一改进, 最后再次进行审核。

第七, 编制虚拟施工方案。虚拟施工方案是在BIM模型检测合格的基础上编制的, 然后在结合施工标准和相关的文件资料以及投资方要求的施工进度等, 合理编制工程方案, 保证效率和质量的统一。

第八, 集成数据信息。首先, 按照施工方案的要求, 把构件工艺参数以及影响施工的不同因素进行联系, 然后模拟整个施工过程, 这样就实现了虚拟施工过程各个阶段和各方面信息数据的有效集成。从而全面细致的规划施工工艺, 并对现场施工进行科学指导。然后, 将各个施工阶段的成本控制指标输入到BIM模型中, 并注意设置预警提示, 这样的话当实际成本超过预算就能够及时提醒相关工作人员注意, 避免大幅度的超支。最后, 按照虚拟施工方案中进度计划时间节点的要求, 输入施工项目以及计划施工时间, 通过视觉化3D模型显示, 这样一来, 工程管理人员就能够及时发现那些项目需要赶工以及具体的实行情况。

第九, 模型维护。在实际的工程管理过程中, 要对模型进行及时的更新和维护, 保证资料的真实性和及时性, 这样才能为提高工程管理质量提供帮助。根据工程联系单、签证单、技术核定单以及设计变更单等资料对BIM模型进行实时的维护, 从而使工程土建、钢筋、安装个专业BIM模型与现场施工保持一致性[4]。

4如何提高BIM虚拟施工技术的应用质量

首先, 要实现BIM和ERP ( 企业资源计划) 系统的对接, BIM技术能够为企业提供丰富详实的项目技术数据, 可以利用这些数据大力建设三大基础数据库, 及BIM数据库、价格、企业定额。然后将BIM数据和EPR系统进行对接, 构建一个完整的信息管理平台。利用该平台, 能够帮助企业在工程管理过程中节约很多物力和人力资源, 大大提升管理质量和效率。其次, 在项目管理过程中应用BIM虚拟施工技术, 要注意保证各个施工阶段数据的有效流通, 这是实现现BIM在项目生命周期全过程中有效利用的基础。

5结论

通过以上分析可以发现, 在实际的工程项目管理过程中, BIM虚拟施工技术能够发挥非常关键的作用。尤其是目前的施工项目普遍复杂化, 对施工技术和管理能力的要求也更高, 这种情况下, 更要通过BIM模型来提高设计方案的合理性, 然后据此建立科学的施工方案, 减少设计变更和施工返工, 从而节省工程成本, 从根本上保证工程项目的管理质量。

摘要：本文首先对BIM虚拟施工技术进行了概述, 然后根据以往的工作实践提出了其应用优势以及实际的应用程序和技术要点, 最后还总结了提升BIM虚拟施工技术应用质量的措施。

关键词：工程管理,BIM虚拟施工技术,应用

参考文献

[1]伍绍君.BIM虚拟施工技术应用探讨[J].建材与装饰, 2015 (09) :45.

[2]蒋爱明, 黄苏.BIM虚拟施工技术在工程管理中的应用[J].施工技术, 2014, 43 (15) :87.

[3]朱昭波.工程管理中BIM虚拟施工技术的应用解析[J].江西建材, 2015 (13) :276.

土木工程虚拟现实技术 篇10

防爆工程车是现代煤矿辅助运输的主要设备, 常用于运输井下所需的铁丝网、皮带、混凝土、煤矸石等物料以及各种设备[1,2]。防爆工程车作为一种矿用车辆, 结构比较复杂, 是一个由多刚体系统和多柔体系统组成的刚-柔耦合的多体系统, 只有在对其关键系统和部件进行充分研究的基础上才能建立合理有效的虚拟样机模型。

1 多体系统理论分析

多体系统一般是指由一些通过一定的几何约束和运动关系联接在一起的部件组合而成的一个能完成一定机械功能的系统。在这个系统中不会发生变形的一些部件可以认为是刚性系统, 而一些部件在工作中会发生弹性变形的则认为是柔性体, 它们共同组成了刚-柔耦合的多体系统。

1.1 多刚体动力学理论

多刚体系统动力学以刚性体为研究对象, 解决的是由多个刚性体组成的系统的动力学问题。多刚体系统运动方程可通过条件极值法建立为:

式中:f (q, t) =0为完整约束方程;g (q, , t) =0为非完整约束方程;P为对应完整约束的拉氏乘子列阵;μ为对应非完整约束的拉氏乘子列阵;Q为广义力矩阵;T为系统能量;q为广义坐标阵列。

系统能量T又可以表示为

式中:M为广义质量列阵;v为广义速度列阵;I为广义转动惯量列阵;w为广义角速度列阵。

1.2 柔性体动力学理论

柔性体动力学的研究可以在刚性体动力学的基础上进行扩展, 一般可应用离散法和有限元法分析, 柔性体运动方程可通过拉格朗日乘子法建立为

式中:K、D为分别为模态刚度、模态阻尼矩阵;Kξ、Dξ为分别代表物体内部由于弹性变形和阻尼引起的广义力;Q、ψ为对应于外力的广义力;λ为对应于约束的拉格朗日乘子;fg为广义重力。

2 刚-柔耦合虚拟样机关键技术

2.1 轮胎建模技术

防爆工程车轮胎选用的是实心填充轮胎, 主要是由橡胶、帘布层和聚氨酯填充物等材料复合而成, 具有可变形性、弹黏性和各向异性。防爆工程车通过这样的4个轮胎支撑起来, 轮胎在车辆行驶中不仅可以作为柔性单元减少路面起伏与颠簸对车辆的冲击和振动, 同时还可通过驱动力矩带动车辆的行驶。

在ADAMS/Tire中常见的轮胎仿真模型有Fiala轮胎模型、Magic Formula轮胎模型、UA轮胎模型等[3]。根据实际工程情况分析, 防爆工程车建模选用UA轮胎模型[4], 该模型将轮胎离散化为若干个弹性单元, 每个弹性单元同时可以承受垂直方向、水平方向和侧向方向的作用力, 该模型能够较准确和全面地仿真出轮胎的实际特性。

在ADAMS里调入轮胎模型文件 (具有轮胎特性数据的tir文件) , 定义轮胎力、轮胎的中心和方向;设置轮胎的垂向刚度为3 550 N/mm, 滚动阻力系数为0.03, 滑动阻力系数为0.75。将4个轮胎放置在防爆工程车的相应位置, 定义约束和自由度以及驱动车辆的旋转力矩, 即可生成ADAMS仿真轮胎模型。

2.2 板簧建模技术

防爆工程车驱动桥通过钢板弹簧作为悬架弹性单元与车架进行联接。钢板弹簧是车辆悬架方式中比较常见的一种, 能起到减震和减少冲击的作用;通常是根据载荷的不同由不同数量的长条形弹性合金钢片组合而成。前后钢板弹簧因为车辆前后载荷的分布不同而具有不同的刚性。结构简图

如图1所示。

防爆工程车在行驶中各位置承受的载荷主要是垂直方向的分力, 其余方向的分力较小, 可以忽略不计。因此对钢板弹簧进行分析时也只需要考虑它在垂直方向的受力和变形, 所以钢板弹簧可以简化为由两个只有垂直方向作用的弹簧单元并联的并与车辆车架相联接的简化模型, 如图2所示。

研究的对象车型采用的前、后板簧参数分别为K1=K2=681 N/mm。弹簧并联的总刚度为各个弹簧的刚度之和, 也就是。计算可得刚度K=1362 N/mm。所以根据实际的车型情况, 简化后的前、后弹簧长度分别为315 mm和220 mm。在ADAMS中用柔性体构件替换对应的原刚性模型部分就可以完成刚柔耦合建模[5]。

2.3 路面建模技术

防爆工程车在煤矿中行驶在不同等级情况的路面上, 由于路面的颠簸起伏, 车辆会受到冲击载荷与振动的不良影响, 在进行虚拟样机仿真时, 需要充分考虑路面的不平度情况对路面进行合理的建模。路面不平度一般通过路面功率谱密度来定义, 纵向路面不平度模型如图3所示。

可按照GB4970-1985汽车平顺性随机输入行驶试验方法的规定, 创建C级矿山等级路面。路面模型在ADAMS中采用文本形式的文件进行描述, 参照GB5902-1986汽车平顺性脉冲输入试验方法中的规定, 一般采用三角凸块组建路面模型, 也就是由若干个三维三角形平面组成虚拟路面, 如图4所示。在三维坐标中有若干个节点, 它们之间的连接平面组成了路面模型的离散单元, 这些单元的法线朝上, 三维坐标x′代表路面的宽度尺寸, y′、y′分别代表横向尺寸和垂直尺寸, 将每个离散单元的三个节点设定好即可组成完整的三维路面模型, 然后再设定好路面模型的静摩擦与动摩擦因数, 导入ADAMS生成为仿真所需的路面三维模型。

3 结语

根据防爆工程车的结构特点, 将防爆工程车分为刚性体系统和柔性体系统进行研究, 在对刚性体系统和柔性体系统进行动力学分析的基础上, 针对防爆工程车虚拟样机仿真模型建立中的难点问题, 对系统中的轮胎、板簧以及路面模型进行了分析和建模, 为同类型车辆的虚拟样机建模提供了理论参考。

参考文献

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[2]曾志强, 马维金, 王俊元, 等.防爆胶轮车车架轻量化设计研究[J].机械设计与制造, 2011 (12) :19-21.

[3]陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M].北京:国防工业出版社, 2008.

[4]石涛.铰接式无轨胶轮车车架动态特性研[J].煤矿机械, 2013, 34 (5) :79-81.

心灵的虚拟艺术工程 篇11

国内首次以双年展形式举办的独立动画展事活动—“首届深圳独立动画双年展·心灵世界：作为虚拟艺术工程”日前在深圳华侨城创意文化园拉开序幕。作为独立动画在国内发展以来最大型的一次集中展示、持续研究及讨论的平台，这次展览强调艺术家个人创作的独创性与新视角，强调独立动画是区别于商业动画、应用动画等的一种艺术化的“观念动画”。展览策展人之一、中央美术学院美术馆学术部主任王春辰谈到独立动画的特殊性时认为，“独立动画的创作基础是艺术观念，其功能定位是艺术，其精神实质是实验探索，其学术地位是个人美学，其意义并非满足视觉消费的娱乐或意识形态的说教，而是以动画影像的方式在对世界进行艺术的思考和观念的解读。”

基于以上对独立动画的理解，展览提出“独立动画作为虚拟艺术工程”的主题，以理论概括揭示当代独立动画的实质和前沿态势。“独立动画的制作完全依赖艺术家的创作，或手绘、或塑形、或数字，并不是以物理世界的现实场景为直接再现对象，而是秉着开放性的、跨学科的创作理念自由构建一个独立的虚拟世界。”王春辰解释，“其次，任何一部独立动画都要耗费创作者的大量时间和精力，具有一套理性规范的操作系统，所以，借用‘工程’二字，既能显示出独立动画生产的科学性和系统性，也可以促使我们对其内在属性、构成机制、学术批评、发展潜力等内涵进行探讨。

为期3个月的展览共展出国内国际动画艺术家57人的作品，共分七个板块：心灵世界的超验图像、网络世界的信息与编码、走向真实的虚拟工程、复活的水墨世界、青春期的意志、动荡的全球化视野和国际动画。从长度看，有三五分钟的短片，也有70多分钟的长片；从展陈形式看，有一台放映机和显示器即可播放的常规作品，也有需要5台电脑和多幅投影幕才可呈现的非常规作品；从表现形式上看，有常见的二维或三维CG动画，也有版画、水墨、粘土、折纸、手影动画。不管形式如何不同，它们都有一个共同点：从创作之初就没有预设目标受众群，只是创作者的自我表达。正因为如此，独立动画作品有了一些可意会不可言传的艺术气息和难以捉摸的意义。

水墨动画的复兴之路

这其中，中国的水墨动画成为了展览追本溯源同时面向未来的重要巧思。展览的空间设计会引导观众首先进入“中国水墨动画回顾”单元，通过《大闹天宫》《哪吒闹海》《牧笛》《九色鹿》等经典水墨动画的重温来讨论独立动画与水墨动画的关系，深入梳理国内独立动画的发展历程，尝试探讨为何曾经在国际上有着重要地位和卓越影响力的中国动画会在九十年代起在国际上完全消失等问题。水墨动画的概念在1959年第一次在上海美术电影制片厂被提出，随后经历了二十年的黄金时期。亚太动漫协会秘书长王六一表示，“中国传统的水墨画向来是出现在宣纸上，而不用线把浓淡的水墨变成动画电影不能不说是一大发明，是一种科学技术与艺术融合的再创造。其制作过程繁琐又耗时，光是用在摄影一部水墨动画片时间，就足够拍成四五部同样长度的普通动画。”凭借着水滴石穿的功夫和毅力以及与美国、日本、东欧的动画截然不同的美学和哲学体系，中国独创的水墨动画震撼了世界，不仅迎来了它辉煌的二十年，也为动画与民间传统文化的结合打下了良好的根基。

在“复活的水墨世界” 单元，我们也看到许多东方水墨作为文化符号拥有了新的时代特征。由艺术家、中央美术学院副院长徐冰创作的水墨动画《汉字的性格》，从对“观远山庄”所藏的赵孟頫手卷的观看、分析与想象，阐述了中华民族特殊性的来源—在中国，每一个接受教育的孩子都要先牢记、书写几千个图画般的字型。几千年历代如此，这在一定程度上也影响着民族性格，譬如中国人的集体主义、爱面子、顾大局、重符号、崇名牌的缘由；中国人消化其他文化养料的能力；中国人文化中的“拷贝观”与“山寨现象”的关系等。整个片子看完，观众实际上是观摩了一篇关于书法与中国人特性的“论文”。还有更多的艺术家，尤其是年轻一辈，也在用传统的水墨动画表现现代或超验的题材，如陈绍雄的《墨水城市》、林俊廷的《浮光》等，都展现出水墨艺术宛如新生的惊艳面貌。

国际独立动画大激赏

传统水墨的加持让展览充满东方味，而具有现代感、充满多样性和个体性的国际动画的参与则让此次展览更丰富多元、意义深远。艺术家以影像方式对世界进行艺术思考和观念阐释，睿智、幽默、辛辣、深刻、陌生、异质和批判的特质让观众为之动容。譬如，日本女艺术家近藤聪乃创作的短片《瓢虫哀歌》的缘起就很是无稽—一个小女孩误伤了两只瓢虫。在近藤的故事里，女孩的愧疚感变成了一种苛责恐怖的白日梦。她把自己身上的纽扣当作是瓢虫，一个又一个地缝在裙子上，在密集变换的空间里她不段复制、迷失、梦魇连连。艺术家的个人感官情绪经由艺术化手段无限放大，那些对生活细致入微的捕捉以及天马行空的创想正揭示着独立动画的迷人之处。

来自俄罗斯的艺术团体AES+F由两位建筑师，一位书籍设计师和一位摄影师组成。他们的作品“三部曲”是三部影像装置的联合展出，包括《最后的骚动》《特拉马乔的盛宴》以及《神圣的预言》。“三部曲”参考了几个世纪以来传统艺术对宇宙构成的定义，划分为“天堂、地狱和炼狱”三个部分，试图以此剖析21世纪全球化的现实。他们通过3D技术，在作品中构建了一个诞生与真实世界和媒体世界之间的网络空间模型。在《特立马乔的盛宴》中，艺术家采用了脱离现实而又极富感染力的手段，将背景设在象征着享乐与奢华的五星级酒店，通过古罗马和现代文明的屡屡穿越，展示出一个放纵的世界所经历的自我解体的荒诞过程。在“走向真实的虚拟工程”单元，众多中国艺术家如缪晓春、张小涛、田晓磊等都在作品中也以批判的姿态思考人与科技、人与社会、人与时代的拉锯关系，以动画的特殊方式感知、回应或思索、再造一个世界。

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独立动画之上下求索

回头看中国动画走过的曲折发展之路，八十年代中期我国从计划经济到市场经济的转型让中国动画经历了一次剧痛。曾经黄袍加身、享受着国家津贴的中国动画开始被逼出走荫护，在市场大浪潮的推动下纷纷承包起欧美动画公司的加工业务，再加上各地方电视台对动画片的需求暴涨等因素刺激，中国动画逐渐变成了一个丢弃了自己语言与观念的低端加工系统。直到最近十年，中国开始有一批新的艺术家崭露头角，第一批名副其实的独立动画人以完全独立的方式，在当代艺术领域开始耕作。而有趣的是，除了一些85后的艺术家（如雷磊、冯薇、王茜濡等）本专业是动画或数码艺术，其他做独立动画的艺术家很多是“不守本分”地从其他专业，如版画、国画、油画等移情于此。面对这些兼具多重身份的艺术家，策展人之一的何金芳说，“过往的经历，在他们作品中留下了明显烙印，形成他们独特的个人风格，而手绘，不论是木刻、水墨，还是圆珠笔，很大程度上也还是满足了他们绘画的情结。” 这不仅让独立动画的内涵更加丰富多元，也能保证艺术家不断从新的领域汲取营养，刺激创作。

“新一代中国电影人和艺术家有不少人都将中国文化历史当作自己重要的灵感来源。”频繁地将中国这波独立动画新浪潮引荐到西方的荷兰动画电影节（HAFF）的主席戈本·斯荷尔姆也认为，“他们作品的另一个显著特点在于其自由的表达方式，满怀激情地需找新的叙事形式，自如地应用不同的技术与呈现多样的效果，急切地尝试各种新媒介和不同材质——这些特征似乎同样代表着令人兴奋的中国艺术发展走向。”中国独立动画在技术与观念上都毫不逊色于世界水平，近年来更获得了许多奖项的加持与国际动画展的青睐，如凭借作品《冬至》荣获第13届广岛动画节国际评委会特别奖的陈曦，凭借《弗洛伊德，鱼和蝴蝶》获得2010年HAFF非叙事动画类金奖的王海洋，以及获得了2010年亚太电影大奖“最佳动画片奖”，在网络上好评如潮的南京动画导演刘健的剧情长片《刺痛我》等。

独立动画创作者的努力有目共睹，但作品的传播和盈利依旧是独立动画必须面对的两个老大难。据了解，目前独立动画主要的传播渠道是网络、国内外的动画节或电影节，画廊、美术馆体系的专场放映等，至于盈利，多数独立动画导演并未以此为目标。“《刺痛我》耗时3年，画了十几万张手稿，除人工之外耗费70万元，这些年通过参加国外电影节和其他推广宣传，成本已回收。”刘健说起自己的作品时感叹“运气比较好”。与经济收益相比，他更在意创作欲望，他认为后者才是独立动画所缺乏的。而意大利动画艺术家蒂亚戈·佐艾里也说，“我常常在没有资金的情况就开始创作，有时工作到一半会有资金，有时却没有。但我的首要职责是完成我的创作。想象力和艺术理念是创作的主导。” 而与大多数欧洲动画电影的情况不同，当代中国独立动画电影很少有来自政府或文化基金的财政资助，往好处看，这让独立动画保持了其自由和旺盛的创作力，而往坏处看，则缺少了国家的扶持与保障。作为策展人之一，张小涛自己也是画家和独立动画创作者，他认为，“其实，每部独立动画作品都有盈利点，比如作品中的版画原作、木质雕塑、作品手稿等，希望通过双年展推动建立属于独立动画的赞助机制，帮助创作者完成作品。”除了为期3个月的展示、开幕之后的4场研讨交流、竞赛单元作品征集以及后续在北京、四川、广州等地高校的巡回演讲，本届双年展还推出了同名中英双语画册，收录了近10篇有关独立动画的研究文章、所有参展作品介绍和作者访谈以及独立动画大事记。“对这样一种不同凡响的综合性媒介艺术，由于其特殊性、创作的耗时、制作的复杂，要有足够的社会资源的支持和推动，这个方兴未艾的独立动画才能发展得更好，其中，学术研究就是不可缺少的一环。” 王春辰说，“越是多的学术关注，越是能够更加确立其应有的艺术史价值和社会影响力。”不光是理论与历史的解读，公众的充分接触与理解也能推动独立动画迈向成熟，通过广阔的视听符号的传递，让这项活动创造出持续而新鲜的价值，对当代艺术领域及创意文化产业辐射出更大能量。（编辑：谢若琳）

土木工程虚拟现实技术 篇12

1 Cult3D功能简介

Cult3D是一种全新的Web3D技术,一个跨平台的3D引擎,虚拟现实技术在互联网上的一种应用,运用该技术制作的具有交互功能的3D课件。[4]利用C u l t 3 D技术可以使网页设计者制作出3 D立体的产品,同时可以用视觉的方式显示不同事件和功能的交互性,并且放置在网页中用鼠标控制3D产品的旋转、移动以及放大、缩小。由于Cult3D本身并没有自己的建模工具,所以常常要借助于其他软件完成建模工作,因此就需要Cult3DExporter插件,利用它可以将3DS Max或者Maya等三维软件中的文件导入Cult3D。[5]Cult3D中还有Cult3DDesigner插件和Cult3D player插件,其中Cult3DDesigner为Cult3D主要的设计平台,通过这一平台可建立具有交互性能的对象;Cult3Dplayer主要用于Cult3D文件的网络发布,使浏览器可以播放Cult3D对象并展示其交互功能。

2 汽车变速器振动与噪声测试的网络虚拟技术实现

2.1 虚拟化工作流程

Cult3D基于面对对象的思想进行开发。三维物体作为一个对象,模型下每个节点都可以作为一个对象,每个对象具有一定的属性(如颜色、纹理等)。对象可进行一定的动作(如运动、旋转、放大缩小、粒子特效、动画播放、声音播放、粒子系统、复位等)。事件发生在对象身上,可触发对象的某个属性或动作的改变。

一个完整的Cult3D例程可以通过以下步骤实现,流程如图1所示。[6]

2.2 汽车变速器三维模型的构建

采用专业三维建模软件(如3DS Max,Pro E,Solid Works等)制作物体的三维模型,然后利用插件Cult 3D Exporter for 3D MAX导出文件,输出Cult3DDesigner的.c3d格式文件。若采用其他建模软件(如Solid Works,Pro /E等)可在软件中另存为.stl格式文件,然后在3DS Max中导入,再导出.c3d文件,或者采用Poly Trans模型转换软件将文件格式变换为3DMax可读出的格式,作为中转,转化为.c3d格式。本次汽车变速器建模,首先采用Solid Works软件进行三维模型的构建,然后将其保存为.stl格式文件,导入3DS Max进行渲染或剖切等操作,最后将其输出为.c3d格式文件,此文件格式可直接载入到Cult3D软件中进行虚拟。汽车变速器三维模型构建的流程如图2所示。

2.3 三维模型交互设置

启动Cult3D Designer,点击“fi le”按钮,选择添加Cult3D Designer文件,将之前保存好的.c3d格式文件导入,为三维模型加入互动效果、事件和声音等。Cult3D Designer已经将很多基本的命令模块化。即使不懂编程语言也可以很方便地制作出不错的效果。Cult3D中为了提高用户的交互体验,使用了面对对象的开发方法。可以按照用户动作、事件、浏览对象三方面去设计浏览过程中的交互环节,触发对象完成某种动作。动作的完成主要有以下两种实现途径。

2.3.1 开发平台中自带动作

对象运动有绕xyz轴旋转、平移、缩放、复位、动画播放、动画停止等动作。交互运动有鼠标球运动、鼠标扩展、鼠标和键盘导航。可选择不同摄像机进行视角跳转。可进行图形窗口的渲染设置,例如更改背景、隐藏对象、显示对象、双线性过滤等。可使用粒子系统进行特效模拟。用于触发的事件包括世界启动、世界停止、鼠标左键点击、鼠标右键点击、键盘按键按下、键盘按键弹起等。也可自定义事件。

本次实例的大多数动作都是通过此途径实现的,所以在这里主要介绍一下此途径的一些核心操作和注意点。

(1)对于载入的.c3d文件,首先建立一个虚拟物,将其作为一个整体,与事件启动、控制球组成一个最简单同时也是最有效的事件控制,通过此设置,可以实现对整体结构的旋转、移动以及放大、缩小,便于设计者对整体场景有比较好的把握,同时有利于形成对后续事件的设计思路。就交互性而言,这一步操作至关重要,同时也是后续事件设计的基础。

(2)在进行交互功能的设计之前,设计者需要做一个大概的流程规划,流程规划在一定程度上直接影响交互体验的感受,而且好的流程规划更节省内存。

(3)在交互功能的设计过程中,事件窗口和演示窗口要同时进行,以便及时发现问题进行改正,否则到最后发现问题时,又要从头开始找,降低了设计效率。对于设计的交互控制,最好能做到易读性,这样不仅便于自己的修改,而且也便于其他人的阅读和改正。此实例的交互设计过程如图3所示。

2.3.2 利用Java自编程动作

由于Cult3D是使用Java语言开发,所以借助J a v a使用C u l t 3 D可以获得更强大的交互功能。为Cult3D编Java类,必须使用Cult3D专用类包C u l t 3 D D e v e l o p . j a r ,这个文件一般放在C u l t 3 DDesigner的安装目录下。

编写好Java类并用编译工具生成*.class文件后,就可在Cult3D Designer中通过拖拉操作使用Java类的功能了。具体在Cult3D Designer中,点击View JavaAction打开对话框,添加要用的Java类。

2.4 导出.c3p和.co格式文件

交互设计完成后,将其保存为Cult3DProject文件,文件格式是.c3p,便于以后的修改,然后利用file菜单下的Save Internet f ile,把3D模型导出为.co格式文件。

在Cult3D Designer演示窗口的汽车变速器虚拟物体如图4所示(将此虚拟物在Cult3D中保存得到.c3p格式文件,可在Cult3D中进行反复修改)。

2.5 发布.co格式文件

发布.co格式的文件,插入到Html文件中在网上发布。

3 结束语

基于Cult3D技术的网络虚拟测试技术,将Cult3D技术有机地融入多媒体教学资源和教学情境的设计、开发之中,可以为学生创建更多、更好、更真实的操作环境,其生动、逼真的感性测量可以增加学生学习兴趣,打破硬件设备的限制,完成机械工程测试技术工程实例的测试任务,真正做到无硬件支撑环境下的实践教学,同时在不用增加实验学时的情况下培养学生工程实践能力和创新能力。

摘要：以理论教学为主导的传统教学模式使机械工程测试技术课程脱离工程实践。针对这一情况,提出了基于Cult3D技术的工程测试技术实例虚拟仿真研究,将教师的工程项目整合为虚拟测试环境,使学生跨越硬件设备资源的限制,通过交互性工程实例的测量过程,提高学生的工程实践能力、动手能力以及知识运用能力。