¿Tecnología de realidad virtual en ingeniería civil?
Con el crecimiento constante de la economía de mi país y el aumento en la escala de la infraestructura, la escala de los proyectos de construcción es cada vez mayor y las formas estructurales se vuelven cada vez más complejas. tiene un gran impacto en la ciencia y la disciplina de la ingeniería civil. La gestión de precisión plantea requisitos cada vez más altos. Lograr la informatización, inteligencia, visualización e integración de la ingeniería civil se ha convertido en un requisito para la modernización de la gestión de proyectos de ingeniería civil y en un punto de investigación en este campo. La Realidad Virtual (VR) es una tecnología de alta tecnología integral y altamente integrada que se ha utilizado ampliamente en el ejército, la medicina, el diseño, el arte, el entretenimiento y muchos otros campos. La tecnología de realidad virtual en ingeniería civil involucra varias disciplinas en el campo de la ingeniería civil y ha demostrado cierta viabilidad, enorme potencial técnico y amplias perspectivas de aplicación [1].
2. La tecnología de realidad virtual y sus características
La tecnología de realidad virtual, también conocida como tecnología del reino espiritual, es una nueva tecnología de la información integral que surgió a finales del siglo XX. Integra procesamiento de imágenes digitales, gráficos por computadora, tecnología multimedia, tecnología de sensores y otras ramas de la tecnología de la información, lo que promueve en gran medida el desarrollo de la tecnología informática. La tecnología de realidad virtual pretende transformar el espacio de datos informáticos abstracto y complejo en algo intuitivo y familiar para los usuarios. La esencia de su tecnología radica en proporcionar una interfaz hombre-máquina avanzada. El mundo local generado por la tecnología VR es artificial y no real, pero cuando el usuario ingresa a este mundo local, se siente básicamente igual que el mundo real. Por lo tanto, la tecnología de realidad virtual cambia el estado aburrido, rígido y pasivo entre las personas y las computadoras y proporciona a los usuarios un espacio de información virtual humanizado. Utiliza la simulación para crear un mundo de imágenes tridimensionales que refleja los cambios e interacciones de los objetos físicos en tiempo real, permitiendo a los participantes participar y explorar directamente los efectos y cambios del entorno donde se ubican los objetos virtuales en una experiencia realista de ver. , oír, tocar y oler, como si estuvieras en el mundo real. Un sistema de entorno virtual inmersivo es un entorno integrado a gran escala compuesto por subsistemas de diferentes funciones y niveles, incluidos gráficos por computadora, procesamiento de imágenes y reconocimiento de patrones, tecnología de interfaz inteligente, tecnología de inteligencia artificial, tecnología multisensor, procesamiento de voz y audiovisual. tecnología, tecnología de redes, tecnología de procesamiento paralelo y sistemas informáticos de alto rendimiento. Por lo tanto, la tecnología de realidad virtual es una tecnología de información de alta tecnología muy completa. La tecnología de realidad virtual tiene las siguientes tres características.
1. Inmersión
La tecnología de realidad virtual se basa en las características fisiológicas y psicológicas de la visión y el oído humanos, con imágenes tridimensionales realistas generadas por ordenadores. Los usuarios pueden situarse en el entorno virtual y convertirse en miembros del entorno virtual usando dispositivos interactivos como pantallas montadas en cascos y guantes de datos. La interacción entre los usuarios y varios objetos en el entorno virtual es como en el mundo real. Todos los sentimientos son muy realistas y hay una sensación de inmersión.
2. Interacción
La interacción humano-computadora en el sistema de realidad virtual es una interacción casi natural. Los usuarios pueden interactuar no sólo con teclados y ratones de computadora, sino también con cascos especiales, guantes de datos y otros dispositivos sensores. Los usuarios pueden inspeccionar o manipular objetos en el entorno virtual a través de sus habilidades naturales como el habla, los movimientos corporales o el movimiento.
3. Percepción múltiple
Dado que el sistema de realidad virtual está equipado con dispositivos de percepción y respuesta visual, auditiva, táctil y cinestésica, los usuarios pueden obtener sensaciones visuales, auditivas y táctiles en lo virtual. medio ambiente y cinestésico y otros sentidos para lograr una experiencia inmersiva.
3. Aplicación de la tecnología de realidad virtual en la ingeniería civil
1. Perspectivas de aplicación de la tecnología de realidad virtual en la ingeniería civil
En la ingeniería civil, a largo plazo Desde Luego, la gente ha tenido que usar conceptos abstractos para expresar contenido muy rico, como usar planos de planta, secciones y alzados para formar algunos símbolos prescritos para representar edificios tridimensionales, y usar gráficos abstractos y lenguaje conciso para describir escenas complejas para transmitir. una gran cantidad de información. Sin embargo, esta forma de procesamiento y transmisión de información se ve afectada por la ocupación, la estructura del conocimiento y la capacidad de comprensión del destinatario de la información, por lo que la comunicación es muy difícil.
El desarrollo de la tecnología de realidad virtual nos proporciona un medio extremadamente eficaz para superar esta dificultad. La realidad virtual puede representar tanto el mundo real como el mundo virtual.
Al representar el mundo real, podemos romper las limitaciones del espacio físico y el tiempo para "trascender la realidad"; al representar el mundo virtual, también podemos hacer que los objetos virtuales en él muestren un sentido tridimensional de la realidad, logrando así una sensación tridimensional. experiencia inmersiva, que eventualmente forma un "espacio de información tridimensional que permite a las personas sumergirse, trascender, entrar y salir libremente e interactuar entre sí". La tecnología de realidad virtual proporciona a los usuarios una nueva interfaz hombre-computadora. Utiliza computadoras para generar un entorno tridimensional interactivo, que no solo permite a los participantes sentir la existencia realista de la escena o modelo, sino que también genera respuestas precisas y en tiempo real a las acciones y operaciones de los participantes.
2. Campos de aplicación de la tecnología de realidad virtual en la ingeniería civil.
Debido a las ventajas anteriores, la tecnología de realidad virtual se ha utilizado ampliamente en la ingeniería civil y tiene amplias perspectivas de aplicación. En la actualidad, la aplicación de la tecnología de realidad virtual en la ingeniería civil incluye principalmente los siguientes aspectos [2].
(1) Aplicación en el proceso de construcción virtual y cálculo de estructuras de construcción [3]
En la construcción de ingeniería real, el diseño de planos de construcción de estructuras complejas y el cálculo de estructuras de construcción son puntos difíciles pregunta. La clave para el primero es expresar la relación espacial entre los componentes estructurales y el equipo mecánico en el sitio de construcción. Esto último es que la deformación de la estructura de construcción bajo las condiciones y cargas de construcción es mayor que la deformación después de que está en su lugar o después de que se forma la estructura.
El diseño de planos de construcción de estructuras complejas basados en realidad virtual se refiere al uso de tecnología de realidad virtual para establecer un modelo CAD tridimensional (modelo virtual) de las escenas circundantes, componentes estructurales y equipos mecánicos en el entorno virtual para formar una estructura con ciertas funciones El sistema de simulación por computadora permite que el modelo en el sistema tenga un rendimiento dinámico, ensambla el modelo en el sistema de manera virtual y modifica el plan de construcción en un entorno visual interactivo humano-computadora. sobre los resultados de la asamblea virtual. Hay muchos factores involucrados en la construcción de estructuras complejas, como la posición de diseño y la altura de la grúa, la selección del centro de gravedad del cable enrollador, la ubicación del patio de componentes, la ruta de operación de la grúa, y la ruta de elevación de los componentes, etc. , todo lo cual debe ser considerado en el diseño del plano constructivo. Si estas cuestiones no se consideran lo suficiente, afectarán el progreso y el costo de la construcción del proyecto e incluso provocarán accidentes de seguridad.
Antes de construir la estructura de un edificio, a menudo es necesario comprobar el estado tensional del plano de construcción. Por ejemplo, en la construcción de estructuras espaciales de gran luz, no sólo se debe considerar la seguridad y viabilidad del proceso de construcción, sino también la seguridad y confiabilidad de la propia estructura durante el proceso de construcción. En un centro de convenciones y exposiciones, el techo de acero se apoya en mástiles de acero. Los extremos del mástil son cónicos y están articulados con la estructura inferior de hormigón. Para reducir la deformación de las armaduras de acero y mantener la estabilidad de la estructura, se utilizan una serie de tirantes (tirantes delanteros, tirantes traseros y tirantes estabilizadores) y tirantes entre las armaduras de acero del techo y el hormigón para formar una estructura estable. En la construcción de estructuras de acero, diferentes esquemas de soporte y diferentes esquemas de empalme tendrán diferentes efectos en diferentes partes de la estructura, y con la instalación de bielas, las tensiones en estas etapas de construcción permanecerán en las partes estructurales, afectando la estructura final. .fuerza la seguridad; y puede ocurrir inestabilidad y deformación mientras la estructura está en su lugar. Esto requiere un análisis preciso del proceso de construcción. Utilizando tecnología de realidad virtual, podemos realizar una gran cantidad de análisis sobre diferentes planos en poco tiempo para garantizar la optimización del plan de construcción.
(2) Postulación en licitación de proyectos.
La industria de la construcción es la industria pilar de mi país y la competencia excesiva en el mercado de la construcción ha sido un hecho a largo plazo. Los propietarios se encuentran en una posición absolutamente ventajosa en el funcionamiento de proyectos de construcción modernos. En un tiempo limitado, la forma de hacer que los propietarios y los expertos en evaluación de ofertas comprendan plenamente la preparación y aprobación de los documentos de licitación está directamente relacionada con la posibilidad de que el contratista gane la oferta. Por lo tanto, el contratista no sólo presta atención a la viabilidad técnica y la cotización razonable de los documentos de licitación, sino que también concede gran importancia al embalaje de los documentos de licitación. Especialmente para proyectos a gran escala, proyectos nacionales clave y proyectos internacionales, las operaciones en esta área a menudo comienzan durante la etapa de planificación del proyecto [4].
Con la ayuda del sistema de simulación virtual, se muestran el proceso de construcción y los métodos que no se pueden previsualizar, lo que no solo ahorra tiempo e inversión en construcción, sino que también elimina la necesidad de que el director del proyecto responda directamente. sitio, y los pros y los contras del plan son claros de un vistazo. Sin duda, esto aumenta enormemente las posibilidades del contratista de ganar la licitación.
(3) Aplicación en el campo de la informática visual
La informática visual será una dirección de desarrollo importante en el futuro. En la investigación científica, las personas encuentran grandes cantidades de datos. Para extraer patrones y conclusiones valiosos, es necesario analizar cuidadosamente enormes cantidades de datos.
Los datos obtenidos de los cálculos científicos se pueden visualizar o mostrar en gráficos tridimensionales. Al cambiar los parámetros de forma interactiva, los resultados de los cálculos y sus cambios se pueden observar en su totalidad, realizando así cálculos paramétricos y visuales. La tecnología de realidad virtual se ha desarrollado a pasos agigantados. .
Al utilizar el método de elementos finitos para analizar la estructura, puede utilizar tecnología de realidad virtual para dar la situación de tensión de cada punto en el objeto tridimensional a través de la profundidad del color, y usar diferentes colores para representar diferentes superficies isobáricas; también puedes cambiar el ángulo y observar desde cualquier punto. También puede utilizar el rendimiento interactivo de la realidad virtual para modificar varios datos en tiempo real y comparar varias soluciones y resultados. Esto hace que el pensamiento de los ingenieros sea más intuitivo y los conceptos más fáciles de entender. La aplicación de tecnología de computación visual al diseño, control de ingeniería y análisis estructural de estructuras muy grandes y complejas mejorará las capacidades de pre y post procesamiento del software informático. Por ejemplo, en el cálculo visual del control de ingeniería de puentes y análisis estructural, la demostración dinámica de la estructura de análisis inverso (desmantelamiento), la visualización del tipo de línea de construcción ideal de la estructura, la visualización de la curva de diseño del centroide de la viga principal y la curva de ajuste medida durante la etapa de construcción, y visualización de la dirección de avance Demostración dinámica del ensamblaje de la estructura del puente ramal, visualización gráfica de predicciones de construcción, visualización de diagramas de fuerza interna de las vigas principales, visualización de diagramas de distribución de tensiones de secciones peligrosas , etc. Más importante aún, puede controlar dinámicamente el reanálisis de estructuras y obtener datos de control de la construcción con la ayuda de gráficos o imágenes, y puede demostrar y controlar dinámicamente el proceso de diseño y construcción en tiempo real.
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