虚拟现实技术在建筑领域研究现状及发展前景-v30.doc

虚拟现实技术在建筑领域的研究现状及发展前景一、引言虚拟现实(VirtualReality-VR),有时也称为灵境,是一种可以创建和体验虚拟世界(VirtualWorld)的计算机系统。虚拟世界是全体虚拟环境(VirtualEnvironment)或给定仿真对象的全体。虚拟环境是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于用户,使之产生身临其境的感觉的交互式视景仿真,因而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,在军事、医学、设计、艺术、娱乐等很多领域都得到了广泛的应用。在建筑设计领域,虚拟仿真技术作为一种独特的技术手段,可以有效的解决抽象思维与其所产生的实体间的联系问题。二十世纪九十年代以来,虚拟仿真技术已经被广泛的应用于实体模型的制作、信息管理及艺术等领域,也逐渐受到一些规划师和建筑师们的青睐,并在建筑与城市规划领域得到了初步的应用。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性的追求,以及建立个人能够沉浸其中并能交互的多维信息系统推动了虚拟现实技术在建筑设计中的发展与应用。建筑设计中的虚拟现实技术涉及建筑设计的各个学科,已显示出很强的实用性,而且技术潜力巨大,应用前景十分广阔。本文将从下列5个方面,介绍建筑设计领域中虚拟现实技术的研究现状和发展前景: :包括抗灾与防灾的模拟仿真系统;岩土工程中的模拟仿真系统;项目管理系统;投标决策系统;工程结构分析的模拟仿真系统;施工过程的模拟仿真系统;建筑设计中的专家系统与仿真系统的集成等; :包括城市规划、工程项目规划;建筑设计与结构设计;项目管理;室内装饰;建筑机械设计等; 、结构设计与施工过程的可视化计算:包括建筑设计与结构设计的可视化计算;建筑物、大型结构的风洞试验的可视化计算;结构有限元分析的可视化计算;施工过程模拟的可视化计算等; 、结构设计与施工的先期技术成果演示和验证技术:包括大型的公共建筑项目或比较重要的建筑(如车站、新机场、桥梁、港口、大坝、核电站等大型工程)设计方案、城市规划设计方案、城市交通布局设计方案、建筑物室内设计、布置和装饰效果的先期演示和验证、建筑和结构设计成果的先期演示与验证等; :包括表面修整机器人;隧道工程用机器人;挖掘用机器人;组装机器人;检查用机器人;放射性混凝土切割机器人等。二、 传统的仿真与建模仿真(Simulation)是通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统包括技术系统,如土木、电气、机械、机电、水力、声学、热学等,也包括社会、经济、生态、生物和管理系统等非技术系统。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用,而计算机出现及计算技术的发展,则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此,计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为:对已有系统进行分析时采用仿真技术;对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术;在系统运行时,利用仿真模型作为观测器,给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息,以便用户实时作出正确的决策;在系统运行前,利用仿真模型作为预测器,向用户提供系统运行起来后,可能产生什么现象,以便用户修订计划或决策;利用仿真模型作为训练器,训练系统操纵人员或管理人员。对于工程领域仿真技术可以降低系统的研制成本,可以提高系统实验、调试和训练过程的安全性;对于非工程领域,仿真技术作为研究系统的必要手段,可以尽可能地避免直接实验。建立模型(建模)是仿真的第一步,也是十分重要的一步。传统仿真技术中,一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型——一次仿真模型,然后再改写成适合计算机处理的形式—仿真模型。仿真模型可以说是系统的二次近似模型。建立起仿真模型后,才能书写相应的程序。仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中变量之间的关系,要观察系统模型变量变化的全过程,此外,为了对仿真模型进行深入研究和结果优化,还必须进行多次运行,系统优化等工作,因此,良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。仿真技术最早应用于航空航天领域,近年来在机械制造、电气、水力、社会、经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。在建筑设计中计算机仿真已经应用于如下