建筑虛擬仿真技術

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建筑虛擬仿真技術范文第1篇

【關鍵詞】虛擬仿真技術建筑工程工程施工

中圖分類號：TU198文獻標識碼： A

工程建筑的信息技術研究與開發，包括工程信息化技術和括管理信息化技術。在建筑工程生產的過程中加強信息化技術的開發，不僅可以提高工程建筑的生產效率，還可以有效提高工程的生產力，提高建筑企業的管理水平。從建筑企業施工應用的需要，結合信息化技術的發展，對虛擬仿真技術實際應用于工程建筑施工中的現狀進行分析。

一、虛擬仿真技術概述

仿真是基礎學科，通過對理論和相似原理及模型、信息等相關技術作為基礎，借助計算機設備作為工具，進行實際的或者設想的動態的綜合實驗技術研究。有著可控性和無損壞性等優勢，而且耗費小，可以多次重復試驗，具有強大的生命力與潛力，是目前比較經濟有效的綜合技術集成法，可以推動科學技術的進步與發展[1]。

仿真是系統模型的創建，通過對模型的試驗與研究，進行各種技術的設計，系統的創建可以是機械、土木、電子等類型，也可能是社會、經濟與管理非技術的系統類型。虛擬仿真技術已實現了深入的研究也發展，并且和控制、系統及計算機的發展有著十分密切的關系。控制、系統等工程技術的發展推動了虛擬仿真技術發展的腳步，計算機技術則為仿真技術的實現提供了基礎的工具和表現方法。

仿真模型可以類似預測器，通過系統的運行，為用戶提供系統運行的信息與資料，使用戶更好的進行項目的更改與決策實施效果分析。仿真模型就是一種訓練器，通過系統的操縱，實現對技術人員或者管理人員的控制。尤其應用于建筑工程領域，虛擬仿真技術能大幅度降低系統研制的成本，使系統保證安全、可靠的運行[2]。

二、建筑工程施工中虛擬仿真技術應用的意義

虛擬仿真技術應用于建筑工程施工中，可能使工程施工前對工程實際的結構位置進行了解，對多種工程施工方法進行嘗試，計算出詳細的工況應力，使工程設計方案進一步優化，對于工程施工來說具有重要意義。

1、優化施工方案

建筑工程施工中選擇何種施工方案，如何對施工方案進一步優化，是工程施工中一直難以解決的問題，這是由于工程施工的鮮明特點決定的，工程施工具有不可重復性，所以，只是憑借工程施工經驗，對施工方案的選擇進行預估就具有十分明顯的局限性。

2、技術革新與引進

建筑工程施工的虛擬仿真技術可以使施工的技術人員實現低成本的施工工藝試驗，為新工藝的創新提供了廣闊的發展空間，使工程設計人員更好的發揮設計的優勢，設計出真正具有實際效果的新技術，使建筑工程施工能夠對技術進行大膽的革新，對新技術更快的引進，降低由于使用新技術為工程施工帶來的風險。

3、工程施工及建筑市場的管理

工程施工的虛擬仿真技術可以通過預前的模擬仿真施工，對工程施工管理中管理質量、管理安全等進行隱患的排查與預防，強化管理使工程施工質量得到進一步的提高。

建筑市場需要建立規范的標準，虛擬技術可以應用于建筑工程的招投標過程中，通過仿真施工對評標起著重要的參考作用，也可以實現評標的透明化與公正化。

4、安全與生產的培訓

建筑工程施工過程中，通過虛擬仿真技術的直觀顯示，可以更好的應用于工程生產技術流程的培訓與安全生產的培訓，使施工人員更好的了解工程施工，保證施工安全。

5、虛擬仿真技術帶動建筑行業的發展

建筑工程施工行業引入虛擬仿真技術，可以使建筑工程行業全面的發展與進步，使城市規劃與市政規劃進一步的完善，實現投資意圖，更好的開展市場營銷。

三、建筑工程施工中虛擬仿真技術應用的現狀

虛擬仿真技術作為新興的學科，并沒有形成體系。目前為止，對虛擬仿真技術的應用與研究主要在三方面開展：

虛擬仿真技術建造理論研究，通過建造理論研究，為虛擬仿真技術提供了堅實的理論基礎。為建筑工程領域實現可視化的仿真再現，使工程建筑實現更精益的建造、更敏捷的建造等研究方向。這些研究方向，組成虛擬建造核心的技術。

虛擬仿真技術應用于建筑工程中，一般應用于軟件研究與系統的開發，例如：CAD技術與虛擬仿真技術的應用結合等方面如對虛擬技術于建筑的設計、建模與仿真中的研究與應用。我國對虛擬仿真技術建筑工程的應用也有了很大的發展，例如：上海正大廣場，通過創建虛擬仿真系統，實現了商業建筑與城市場景的虛擬和溫游，在建筑物真正建成前，就實現了建筑物建成后的環境虛擬顯示。對正大廣場鋼結構的施工方案，也進一步的選擇與優化，通過虛擬仿真技術的應用，為工程施工帶來了十分重要的資料與信息經驗[3]。

四、虛擬仿真技術在我國建筑工程施工中應用的展望

虛擬仿真技術可以在建筑工程行業取得重大的發展和進步，與計算機行業的發展有著重要的聯系，可以說是計算機技術的發展，帶動了虛擬仿真技術在工程施工中的應用。

1、虛擬仿真系統對于開發與應用的硬件要求比較高，所以，有必要建造專業的實驗室進行虛擬系統的研究，這需要從國外進口設備與軟件，需要投入大量資金。而且系統實驗的演示效果受研究設備限制，并不適合到處移動。

2、我國對建筑工程的單項開發，也需要國外進口的VR軟件平臺。我國缺少建筑工程施工中的虛擬仿真系統集成軟件，建筑工程施工受很多條件的限制，如果開發項目需要提高工程成本，滿足建筑工程集成的軟件系統，可以使單項的工程開發提供開發的平臺。

3、建筑企業需要引進大量專業的軟件人才，進行培養，使軟件人才成長為建筑企業發展的主力，但是，專業人才的引進，需要建筑企業投入大量的資金。我國很多大型的建筑企業都有自己企業的設計研究院，這就為技術骨干的培養創造了條件。而且我國建筑工程技術人員已經掌握了一定的軟件開發能力，高等院校與技術研究院也對工程中計算機設計軟件進行了開發與研究，為計算機集成技術進行了深入的探索與實踐，取得了重大的成果。可以說，我國的建筑工程施工行業伴隨著計算機技術的發展逐漸完善，使仿真技術獲得了實際推廣的可行性。

虛擬技術中應用了并行計算的新方法，使仿真平臺與編程技術得到更大的開發性，可以應用于更廣闊的領域。

建筑企業可以和專業研究院進行合作，對高校與科研機構的專業人才進行合理利用，對虛擬仿真系統進一步的開發與應用。當前社會發展是高新技術的發展，也是信息技術的發展，建筑工程企業一定要對新信息和新技術進行吸收和利用，使工程施工技術實現更大的進步與發展，使建筑工程企業早日實現現代化的管理與施工，使建筑企業提高經濟效益，獲得更大的市場競爭力。

參考文獻：

[1]張利,張希黔,陶全軍,等.虛擬建造技術及其應用展望[J].建筑技術,2013, 34(5).

建筑虛擬仿真技術范文第2篇

Abstract: The concept of virtual simulation technology and new campus construction features are described,the application of the virtual simulation technology in the new campus construction is explored.

關鍵詞:仿真技術;建筑施工;新校區;高校

Key words: simulation technology;building construction;new campus;university

中圖分類號:TU74 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)27-0131-01

1虛擬仿真技術的概念

系統仿真是以多種學科理論為基礎,以計算機及其軟件為工具進行試驗研究的理論和方法論體系[1]。仿真技術顧名思義,是把自然界中的物理現象通過一定的物理和數學模型在計算機上模擬來得到實際場變量的分析,有助于預知關心的物理現象[2]。簡單的說,仿真技術是對系統模型的一種試驗技術(是對系統動態模型的一種實驗手段),在安全性和經濟性方面有較大的優越性。

2高校新校區建筑施工的特點

2.1 項目占地規模大、現代化水平高高校建設新校區已成為我國高校發展的重要特征,其占地規模之大是前所未有的(少則千余畝,多則幾千畝)。新校區建設,堅持現代化、數字化、智能化的技術取向。新校區建設在硬件設施、軟件平臺、應用系統等全方位實現數字化管理,使學校的校園建設與管理工作實現真正意義上的現代化[4]。

2.2 項目建設工期緊、周期長新校區建設工程不同于一般工程,隨著招生規模的迅速擴增以及高水平大學創建工作的展開,工期要求很緊,從項目的前期決策階段、實施階段到工程項目的使用階段,需要三到五年甚至更長的時間才能完成。

2.3 項目建設投資大、技術復雜高校的新校區建設從立項、可研、計劃規劃、勘探、設計、審批、招投標等前期準備工作直至施工期間的監督、檢測、監理審計等事項,耗時費資;校園占地規模大,土地征用及遷移補償費用可觀;項目基本建設費用及設備、工器具購置費用大,貸款利息包袱沉重。同時由于項目工程量大,基本建設專業性強,現代化水平高,技術難度加大,施工過程復雜。

2.4 項目組成多樣化、復雜化從建設項目組成來看,它主要包括:公共教學樓、專業教學樓、實驗實訓樓、圖書館、體育館、運動場、餐廳、教師公寓、學生公寓以及道路建設、各種供電、供水、供氣的地下管線、景觀綠化等基礎設施建設等。建設項目從立項、選址定位、地質勘探、初步設計、施工圖設計、工程招標投標、工程施工到竣工驗收,整個過程要經過多道程序。

2.5 項目建設生態化、人文化生態化、人文化是新校區建設突出的特點。新校區綠地面積大,綠化率高,因地制宜地栽上了各種花卉和樹木。形成自然親水空間、綠色共享空間,高低自然錯落,保證春、夏、秋三季有鮮花,四季有綠色的效果。校園環境中的休息、服務設施充分考慮了所在環境的特點,造型別致,提高了環境的景觀效果;又充分考慮使用人的要求,分布面廣,數量眾多,便于學生尋找和隨時利用。

2.6 項目管理業主化、高效化為了更好地協調組織和推進學校的新校區建設工作,各高校都成立了新校區建設領導組織機構,如新校區建設指揮部,或是新校區建設領導小組等,抽調高素質、專業化的人員組成基建管理隊伍。細化內部工作職責,責任到個人,加強內部管理,建立良好的約束機制,使基建管理工作健康運轉。

3新校區建筑施工中應用虛擬仿真系統的意義

使用虛擬仿真系統對新校區建筑施工過程進行模擬,在施工前了解各種構件在實際結構中的相對位置及相互關系,實驗多種施工方法,計算相應工況應力,對方案進行優化,這對以下幾方面將產生重大意義[3][5]。

3.1 利于施工方案優選現代校園建筑基本都具有鮮明的個性,建筑工程施工成為不可完全重復的過程。使用施工虛擬仿真技術將可以直觀、科學地展示不同施工方法和施工組織措施的效果,可以定量地完成方案的對比,有助于施工方案的選擇和優化,真正實現最優施工。

3.2 利于施工技術革新施工虛擬仿真技術一方面能使廣大施工技術人員低成本地試驗施工新工藝和革新思路,有助于創造性的充分發揮,同時能真切展示新技術的成效,縮短建筑業新技術的引入期和推廣期,降低新技術、新工藝的實驗風險。

3.3 利于施工過程管理施工虛擬仿真技術能事先模擬施工全過程,能提前發現施工管理中質量、安全等方面存在的隱患,因而可以采取有效的預防和強化措施,提高工程施工質量和施工現場管理效果。

3.4 利于項目總體設計施工虛擬仿真技術可以考察新校區校園建筑設計是否合理,可以方便地對擬改進部位進行修改,從而得到滿意的設計結果。設計的仿真也有利于設計單位與業主、施工單位進行設計交底。

3.5 利于建筑技術進步開發施工虛擬仿真技術必然帶動虛擬現實技術廣泛地應用于建筑業其它方面,帶動以下幾方面的進步:①城市和市政規劃的優化;②投資者的投資意圖及市場推銷;③建筑機械設計;④仿真和虛擬現實技術。

4結語與展望

隨著仿真技術在建筑施工中的應用,施工虛擬仿真系統將會不斷完善和發展,對建筑工程施工技術和計算機仿真技術的發展將會起到巨大的推動作用。我國是一個發展中國家,是一個受教育大國,高校有著大量繁重的基本建設任務,要充分發揮高等院校科研實力和人才優勢,立足當前、著眼長遠,積極開發和應用虛擬仿真系統,科學、高效地推動新校區建設工作。

參考文獻:

[1]謝行皓.建筑工程系統仿真[M].北京:科學出版社,2001.

[2]楊富春.第九屆建筑業企業信息化應用發展研討會論文集[C]//北京:中國建筑工業出社,2005.

[3]趙利華,李慧民,劉慧軍,等.仿真技術在建筑施工中的應用研究[J].建筑技術開發,2009(11).

建筑虛擬仿真技術范文第3篇

關鍵詞：系統仿真設計

一、系統仿真技術

所謂仿真就是建立系統的模型（數學模型、物理效應模型或數學-物理效應模型），并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設計中的系統。這里的系統包括技術系統，如土木、機械、電子、水力、聲學、熱學等，也包括社會、經濟、生態、生物和管理系統等非技術系統。仿真技術的實質也就是進行建模、實驗。現代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的。控制工程和系統工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用，而計算機出現及計算技術的迅猛發展，則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

仿真技術得以發展的主要原因是它帶來了重大的社會和經濟效益。系統仿真的應用大致可分為：對已有系統進行分析時采用仿真技術；對尚未有的系統進行設計時采用仿真技術；在系統運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關系統過去的、現在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；

在系統運行前，利用仿真模型作為預測器，向用戶提供系統運行起來后，可能產生什么現象，以便用戶修訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓練器，訓練系統操縱人員或管理人員。在工程領域仿真技術可以降低系統的研制成本，可以提高系統實驗、調試和訓練過程的安全。

一般認為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統仿真技術中，一個仿真系統要首先建立起系統的數學模型--一次仿真模型，然后再改寫成適合計算機處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書寫相應的程序。

仿真基本上是一種通過實驗來求解的技術。通過仿真實驗要了解系統中各變量之間的關系，要觀察系統模型變量變化的全過程，此外，為了對仿真模型進行深入研究和結果優化，還必須進行多次運行，系統優化等工作，因此，良好的人機交互性是系統仿真的一個重要特性。

二、虛擬現實技術

虛擬現實技術是二十世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術，是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境--虛擬環境，用戶投入這種環境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支，從而也大大推進了計算機技術的發展。目前，虛擬現實技術已在建筑、教育培訓、醫療、軍事模擬、科學和金融可視化等方面獲得了應用，漸已成為21世紀廣泛應用的一種新技術。

虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托學科的高度綜合化；

（2）人的臨場化；

（3）系統或環境的大規模集成化；

（4）數據表示的多樣化和標準化，數據存儲的大容量、數據傳輸的高速化與數據處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過多種媒體對感官的刺激，對所需解決的問題有了清晰和直觀的認識，從而，也使模型的建立和驗證更加方便。

三、系統仿真技術與虛擬現實技術的結合

傳統的系統仿真技術很少研究人的感知模型的仿真，因而無法模擬人對外界環境的感知(聽覺、視覺、觸覺)隨著多媒體技術、計算機動畫、傳感技術的發展，計算機模擬外界環境對人的感官刺激開始成為可能。事實證明，人類對于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠遠大于數字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術與虛擬現實技術相結合，利用虛擬現實技術進行仿真模型的建立和實驗的模擬，使仿真的過程和結果可以實現圖象化、可視化，使仿真的系統具有了三維、實時交互、屬性提取等特征，極大地促進了仿真技術的發展，同時也使虛擬現實技術更加具有生命力。

四、仿真與虛擬現實技術在結構工程中的應用

仿真與虛擬現實技術近年來在機械、電子、水利、社會、經濟、生態、生物等各個領域都得到了廣泛的應用。

在結構工程中，仿真與虛擬現實技術已經應用于如下幾個方面：

1．在工程結構分析中的應用

工程結構在各種荷載作用下的反應，其破壞特征和極限承載力是人們所關心的。當結構形式特殊，荷載及材料特性復雜時，人們往往求助于模型試驗來測定其受力性能，但模型試驗往往受到場地和設備的限制，只能做小比例模型試驗，難以完全反映結構的實際情況。若用仿真與虛擬現實技術，則可以進行足尺寸的試驗，還可以很方便地修改參數。此外，有些結構難于進行直接試驗，用計算機模擬仿真就更能體現出優越性，如建筑物及構筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗試驗等只有采用仿真與虛擬現實技術，分析才能大量進行。又如在高速荷載作用下，結構反應很快，人們在真實試驗中只能觀察到最終結果，而不能觀察試驗的全過程。如果采用計算機模擬仿真試驗，則可觀察其破壞的全過程，便于破壞機理的研究。對于長期的徐變過程則可在模擬中加快其變化過程，讓人們清楚地看到其過程。在運用傳統的有限元法進行結構分析時，結構應力的結果通常采用內力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數據，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。

2．在巖土工程中的應用

巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現實技術則可把內部過程展現出來，有很大實用價值。例如，地下工程開挖經常會塌方冒項。根據地質勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節理的走向密度，通過小型試驗，可以確定巖體本身的力學性能及巖體夾層界面的力學特性、強度條件，并存入計算機中。

在數值模型中，除了有限元方法外，還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態下的性能與有限元相仿，而當它失去平衡時，則在外力和重力作用下產生運動直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結構，邊坡穩定等問題時，可以把節理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的區域及范圍，這就為支護設計提供了可靠依據。

3.防災工程中的應用

長期以來，人類一直與洪水、火災、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。由于自然災害的原型重復實驗幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現實技術在這一領域的應用就更有意義。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統制作成功，例如洪水泛濫淹沒區的洪水發展過程演示系統。該系統預先存儲了泛濫區的地形地貌和地物，有高程數據可確定等高線，只要輸入洪水標準(如百年一遇的洪水)及預定河堤決口位置，計算機就可根據水量、流速區域面積及高程數據算出不同時刻的淹沒地區，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對防洪規劃以及遭遇洪水時指導人員疏散是很有作用的。又如在火災方面，對森林火災的蔓延，建筑物中火災的傳播均已開發出相應的模擬仿真系統，這對消防工程起到了很好的指導作用。

4．在模擬施工過程中的應用

建筑施工是復雜的大型的動態系統，它通常包括立模、架設鋼筋、澆注、振搗、拆模、養護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發現實際施工中存在的問題或可能出現的問題，這就需要對實際施工進行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬。現有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用。基于以上原因，需對施工過程建立合適的模型，以達到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統的模擬仿真模型，是由運輸子系統和澆注子系統構成的，模型是按進程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對應關系，程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結構和系統狀態相對應。

另外，仿真與虛擬現實技術在結構工程領域內，還可應用在建筑系統工程管理、建筑信息管理、建筑物及構筑物的空氣流場、空氣品質分析等方面。

我國是一個發展中國家，有著大量繁重的基本建設任務，特別是在十五計劃綱要中，提出進一步加強水利交通、能源等基礎設施建設和西部大開發戰略。這一大好形勢，為結構工程高新技術的信息化和集成化，為結構工程學科及相關學科的發展提供了良好的機遇。仿真與虛擬現實技術作為結構工程高新技術之一，開創了結構工程學科的新紀元，其技術潛力巨大、應用前景十分廣闊。

參考文獻

（1）汪成為、高文、王行仁.靈境(虛擬現實)技術的理論、實現及其應用.清華大學出版社，1997

（2）陳清來.建筑結構的現代設計設計思想和發展.工程設計CAD及自動化，1996年，（4）

（3）張躍、張叢哲。土木工程中虛擬現實技術的發展與展望，計算機世界，1998，（5）D版：1-3.

（4）袁耀明.從可視化到視算一體化.系統仿真學報，1996（5）

（5）張叢哲、張躍.計算機輔助設計(CAD)中虛擬現實技術.計算機世界,1998，（5）D版：5。

建筑虛擬仿真技術范文第4篇

【關鍵詞】：城市規劃；計算機仿真技術；靜態渲染圖；動畫

【 abstract 】 : with the rapid development of science and technology, modern society gradually into the information age, computer technology in all areas of application in our country is becoming more and more widely. In recent years, computer technology and simulation technology, combining to form a kind of activity analysis system, reveals the law of motion of the system dynamic process and the computer simulation technology and its application in urban planning has increasingly become the hot topic of concern.

【 key words 】 : urban planning; The computer simulation technology; Static rendering; The animation

中圖分類號： TU984 文獻標識碼：A 文章編號：

仿真技術最早應用于高能武器、航海模擬以及航天器等軍事方面。然而伴隨國民經濟的不斷發展，這門技術迅速被推廣應用到各個領域。尤其是在城市規劃中，可以利用計算機仿真技術，創建城市真實數字化模型的三維可視環境，令設計者有種處身虛擬環境的錯覺，因此，可以更好地將周邊環境與規劃設計二者相互協調配合。

一、計算機仿真技術簡介與原理

1、計算機仿真技術是一門通過專用軟件來整合聲音、動畫以及圖像的綜合性信息技術。其實現過程是，首先將三維的現實物體或環境通過計算機仿真模擬成多維的表現形式，然后將此表現形式通過數字媒介傳播給媒體瀏覽者。因此當媒體瀏覽者在觀賞時就會產生一種身臨其境的“虛擬”錯覺【1】。

2、計算機仿真技術的實現包括建立模型、模型轉換以及模型仿真實驗三部分。建立模型是指建立一個容易被計算機處理并能反應所研究對象實質的數學模型。根據時間關系可以將系統的數學模型分為連續時間動態模型、離散時間動態模型、混合時間動態模型以及靜態模型等。

所謂的模型轉換是指利用適當的算法以及計算機語言將數學模型抽象出來的數學表達式轉換成計算機能夠處理的形式，而這種形式所表現的就是“仿真模型”的內容。

所謂的模型仿真實驗是指按照預先設計的實驗方案來運行被載入計算機中的仿真模型，從而得到一系列的仿真實驗結果【2】。

二、城市規劃中對計算機仿真技術的應用

計算機仿真技術在城市規劃中的應用主要包括在靜態渲染圖、固定路線的動畫、交互式動態的景觀仿真、復雜的虛擬現實技術等。

1、靜態渲染圖在城市規劃中的應用。靜態渲染圖的操作步驟是，首先，要給建筑物體建立一個三維幾何模型；其次，對模型表面的材料質感加以設定，同時還要選定場景中合適的照明和采光等；最后，通過計算機在一個合適觀察角度將三維幾何模型渲染成單幅的靜態圖像，并將此靜態圖像顯示在計算機顯示器上或者直接打印出來。在靜態渲染圖形成的過程中，可以將所渲染的圖形與現場拍攝的相片加以合成，或者在圖形中添加一些不一定存在的花、草、樹、人等圖像，以便使得建筑和背景之間的關系表現的更加充分逼真。同時，對建筑物體建立三維幾何模型時，還可以通過采取計算機輔助設計或輔助制圖來配合工作，從而減少設計者的工作量。此外，由于靜態渲染圖的視點被加以固定，所以為了減少創建模型的工作量，設計者可以盡量省略或簡化那些被遮擋而不可視的物體【3】。

2、固定路徑的動畫在城市規劃中的應用。由于靜態渲染圖的視點被固定，所以在實際應用中只適合于表示一個或者幾個建筑物體。而對于復雜多量的建筑物群，靜態渲染圖往往只能靠俯視來表達全景。依靠這種方法，顯然不能將復雜的室內景觀或者大范圍的城市景觀充分展現在人們面前。由此，人們選擇將多幅靜態渲染圖同時串聯在一起，使之在計算機熒屏上連續播放，就形成了一種計算機的動畫模式。這種情境下，不僅可以讓觀察者在場景中有運動的感覺，還能讓場景中的物體如車輛、水等也能夠運動。與靜態渲染圖相比，在制作動畫時，需要適當添加選擇合適的視點以及設置合適的觀察路徑等。其原理是，首先通過計算機將關鍵的幀計算出來；然后以此關鍵幀作為基礎，運用算法令中間的畫面自動填補空缺，從而產生出動畫數據；最后，根據得到的動畫數據來播放動畫畫面。由于固定路徑的動畫涉及到結構比較復雜、數量比較大的建筑物群，因此建立三維幾何模型的工作量同樣也極其龐大，所以對于一些遮擋而不可見的物體同樣也可忽略不計【4】。

3、交互式動態的仿真在城市規劃中的應用。對于某些結構和空間過于復雜的建筑或城市景觀，動畫和觀察路徑已經不能夠加以完整表達。這時，人們可以應用交互式實時動態的景觀仿真技術來完成目標。交互是指觀察者能夠任意靈活調整并控制所觀察的視點、方向以及位置等。而實時動態是指計算機能夠依照觀察者任意選擇的視角以及位置而立即生出渲染圖。采用交互式動態仿真技術，其中觀察者的自由度要遠遠大于動畫，因此，需要向計算機中輸入大量的物體，在無形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得計算機的計算量以及圖形數據處理量呈幾何倍增。所以，動態交互式仿真技術一方面對計算機硬件性能的要求非常高，另一方面還需要大量的幾何形體輸入。

目前簡化三維幾何模型、降低計算量和建模工作量來實現交互式動態仿真效果的方式主要有縱向拉伸和基于圖像的環視仿真兩種【5】。

縱向拉升，又被稱為二維半或者準三維模型，它是將復雜的地形進行縱向拉升或者把建筑的平面圖轉化成立體體塊并保證其垂直方向不變。通過這種三維的簡化模型，只需采用建筑物的平面圖及其相應高度或者復雜地面若干關鍵點的三維坐標，就可以讓計算機軟件依據已知數據自發生成立體簡化幾何模型，并且可以保證其仿真效果與全三維模型相同。

基于圖像的環視仿真是指，基于某一固定點，對其周圍的景觀環繞360°加以攝影，并將這些不連續的圖像用計算機整合在一起，形成一個閉合的360°全景，最后通過熒屏顯示出來。設計時，可以先將所要設計的建筑或物體制成一個靜態渲染圖，然后將其嵌入所攝的圖像之內，便可實現場景與規劃和設計的建筑或物體相互融合。

4、復雜的虛擬現實仿真在城市規劃中的應用。在實現交互式動態仿真時，人依靠鼠標或者操縱桿來完成觀察角度、位置以及方向的調整。這里還有許多種控制觀察的方法來提高觀察者與景觀兩者間的交互性，如可以讓觀察者戴上過濾眼鏡觀察水平方向兩相鄰視點的圖像，還可以讓觀察者戴上傳感頭盔來感應改變觀察視覺角度而產生的渲染圖，或者可以讓觀察者戴上傳感手套來向計算機傳達設計指令，亦或者可以讓觀察者穿上傳感鞋來實現人在場景中步行的模擬等等。

三、城市規劃中對計算機仿真技術應用的意義

1、在城市規劃中應用計算機仿真技術，能夠使方案設計及審批效率得到提高。通過在城市規劃中應用計算機仿真技術，可以讓設計者在審查過程中通過模擬穿行和觀察計劃方案，隨時將視點停留在重點地段，對該方案以及周圍環境間的關系進行多方向探討審查，從而保證設計的合理性。同時，利用計算機仿真技術生成三維幾何模型，符合方案規劃審批的要求，大大提高了審批的效率。

2、在城市規劃中應用計算機仿真技術，可以從多角度對城市建設發展的問題加以分析。利用仿真技術，可以結合城市發展建設的現狀，對城市的不同地區以及不同發展階段加以合理的規劃和設計，并形成跟蹤模型，從而避免由于規劃失誤而造成的城市建設的缺憾【6】。

3、在城市規劃中應用計算機仿真技術，可以有效實現城市規劃信息的準確定位和管理公開。利用計算機仿真技術實現城市規劃的三維幾何模型，可以有效對城市空間信息加以分析，并對城市管理工作加以準確定位。同時，還能將這種規劃的三維幾何模型到網上，實現城市規劃政務工作的公開展示。

結束語：通過在城市規劃中應用靜態渲染圖、固定路徑的動畫、交互式動態的仿真以及復雜的虛擬現實仿真等計算機仿真技術，創建城市真實數字化模型的三維可視環境，令設計者身臨其境，從而很大一定程度提高了設計審批的效率，同時還可以從多角度對城市建設發展方向加以分析，并能實現城市規劃的政務公開，從而起到宣傳展示規劃方案的效果。

參考文獻

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[2] 孫大龍，張艷華.城市規劃管理信息系統建設的對策研究[J].中國高新技術企業.2007，(06)：111-113.

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建筑虛擬仿真技術范文第5篇

Abstract： Decorative construction technology is the core of professional courses in decorative art design. It has rich content and strong practicality. The traditional teaching methods are limited by various conditions， students can not master the construction process and characteristics of decoration engineering. So the virtual simulation technology is applied to the teaching and practice of decoration construction technology. It effectively solves the deficiency of traditional teaching methods， improves the students' learning effectiveness and efficiency， cultivates the students' ability of innovation and practice and effectively guarantees the curriculum teaching quality of the decoration construction technology.

P鍵詞：虛擬仿真；裝飾施工技術；教學應用

Key words： virtual simulation；decoration construction technology；teaching application

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0211-02

0 引言

近幾年，虛擬仿真作為一種新型媒介，已廣泛應用到各個領域。目前很多高職院校都在探索研究將虛擬仿真技術與實踐教學有效的相結合，提高教學質量，國家教育部在《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中也提出在教學中要充分利用現代信息技術開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。虛擬仿真技術已在城市規劃、機械工程、旅游等多個專業教學上開始應用于實踐，并取得一定成效，但在建筑裝飾施工技術教學中的應用還在初級的探索階段。本文以裝飾藝術設計專業為研究對象，將傳統教學與虛擬仿真教學相融合，以解決《裝飾施工技術》課程施工工藝理論教學枯燥、校內實訓室設備更新慢，校外實訓基地受工期影響、存在安全隱患等問題，以此提高該專業教育教學現代化、信息化水平，從而培養全面發展的高素質技能型人才。

1 《裝飾施工技術》課程教學的現狀

高職院校裝飾藝術設計專業開始的《裝飾施工技術》課程，多采用傳統的課堂理論教學和到校外實訓基地參觀相結合的教學模式，但這種教學模式因理論教學單一化、外出參觀存在危險性、交通安全因素等限制，并不能產生良好的教學效果，其主要表現在以下幾個方面：

1.1 學生興趣難以持久

《裝飾施工技術》課程是一門實踐性非常強的課程，具有涉及面廣、知識更新快的特點，但教師往往采用傳統教學模式，如對照施工圖、節點詳圖進行講解，而學生缺少對圖紙的理解能力和對三維空間想象能力，導致學生很難理解現場施工的全過程，學習起來難度較大，久而久之對本門課失去了學習興趣。

1.2 實踐課程安排不方便

教師授課一般按教學大綱制定的進度完成，校外實訓場地施工進程和教學時間相沖突，常常出現工期和上課時間無法同步的情況。裝飾施工工藝流程講究完整性和連續性，學生沒有足夠的時間到施工現場將整個施工流程完整學習，只能根據教學進度的安排接受片段學習，無法感受施工全過程，對施工工藝還停留在了解層面。其次，校外實訓場地接待學生觀摩人數非要有限，如家裝工程現場場地較小，沒有辦法接待50人次的教學班，而且施工現場存在不定的完全隱患，學生工程現場經驗不足和安全意識的相對薄弱，出于學生安全考慮，很多工程項目負責人不愿意接待學生觀摩學習。

1.3 實訓室建設要求較高

現在目前高職院校都大投入的建設校內實訓室，裝飾藝術設計專業多建立材料實訓室和構造實訓室，對于施工實訓室的建立多是購買一些常用裝飾施工機具和設備，但由于建筑材料日新月異，裝飾機具和設備也要隨著更新淘汰，學校投入經費有限，校內實訓室設備往往跟不上技術發展，使校內實訓室不能發揮很好的作用。