三维仿真

计算机技术

三维仿真是指利用计算机技术生成的一个逼真的，具有视、听、触、味等多种感知的虚拟环境，用户可以通过其自然技能使用各种传感设备同虚拟环境中的实体相互作用的一种技术。

三维实时仿真

具体来讲，是利用沉浸式的三维显示系统和装有传感器的手套(或衣服、头盔)，在伴有虚拟的声音和感触下，使受训人员沉浸在一种非常逼真的专为训练而设置的环境中，可满足多种科目训练的需要，头盔显示器是将演练者大脑与计算机创造的虚拟世界连通的输入/输出装置，主要由双目显示器和跟踪系统组成。数据手套作为连接演练者双手和大脑与计算机创造虚拟世界的输入/输出装置，具有6个自由度的位置传感器。这是一种使演练者不是被动地观察人工环境，而是与之交互作用的高级计算机模拟。与其他模拟系统相比，它使演练者具有“身临其境”之感，并能“引导”操作。“身临其境”和“引导”功能构成了虚拟现实的交互式特性，这种相互作用是三维实时仿真的本质所在。

三维仿真系统因为逼真的临场环境，主要应用在飞行培训、城市规划、设计制造等方面，能节省很多开销，达到更高的效率。

技术简介

在行业中三维仿真有很多的名称比如虚拟仿真、工程仿真、立体仿真等等，具体的就是根据这个技术的应用而有不同的名字，并且还有很多项目和三维仿真的技术是相似的。三维仿真可以让我们体验到很多在其他技术中体验不到的感觉，但是他也有很多的问题。比如

1、硬件的设备过高

2、三维建模很费劲而且代价也很高

3、服务器需要处理的内容太多太庞大

这些问题就是限制了三维仿真技术的发展，不过我们相信随着时间的推移这些问题都是可以解决的。

应用技术

1、三维建模技术 2、立体合成显示技术 3、触摸反馈技术 4、交互技术 5、系统集成技术。

3、三维仿真的作用和意义

观念上：从“以计算机为主体”变成“以人为主体”；

哲学上：使人们进一步认识“虚”和“实”之间的关系。

结合

传统的系统仿真技术很少研究人对感知模型的仿真，因而无法模拟人对外界环境的感知。随着多媒体、计算机动画、传感技术的发展，计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于数字和文字等抽象信息的理解能力。将仿真技术与虚拟现实技术相结合，利用虚拟现实技术进行仿真模型的建立和实验的模拟，使仿真的过程和结果可以实现图象化、可视化，使仿真的系统具有了三维、实时交互、属性提取等特征，极大地促进了仿真技术的发展。

工程中应用

在工程结构分析中的应用

当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，但模型试验往往受到场地和设备的限制，只能做小比例模型试验，难以完全反映结构的实际情况。用仿真与虚拟现实技术，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机模拟仿真就更能体现出优越性。

在运用传统的有限元法进行结构分析时，结构应力的结果通常采用内力图等力线的形式描绘出来；而利用仿真与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，这样就使工程师的思维更加形象化，概念也更易于理解。

在模拟施工过程中的应用

建筑施工是复杂而又大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用，而对施工过程建立合适的模型，才能通过仿真手段去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题。另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。

在安全工程中的应用

对于安全工程中的培训、指挥、产品性能设计以及事故救灾指挥等方面都可以运用虚拟现实系统真实再现客观环境，已达到科学研究成果真实化再现。

在土木工程中的应用

由于土木工程中常用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息，但这种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难，但三维仿真技术的发展为我们克服这些困难，提供了极其有效的手段。

在岩土工程中的应用

岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中，具有很大实用价值。

在防灾工程中的应用

由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义，其能针对抗灾、防灾进行模拟仿真，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延、建筑物中火灾的传播也起到了很好的指导作用。

在工程项目招标投标中的应用

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。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。借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。

建筑应用上优点

1当结构形式特殊、荷载及材料特性复杂时，三维仿真技术可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。另外，利用三维仿真技术也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；还可以任意变换角度。

2 可以把地下管线等用眼睛难以看到的东西，利用电脑模拟出来，而且以三维动画的形式展示管线的长度位置及施工流程，让不形象的、眼睛看不到的东西能清晰地表现出来。

3 可以让人们精确地看到工程施工的内部构件，方便观察者从内部到外部直观地看清施工进度。

4 能针对自然灾害、抗灾、防灾等进行模拟仿真，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。

5 可以模拟新技术、新材料、新工艺应用后的效果。

6 能模拟施工全工程，能够提前发现施工进程中的相互链接以及管理中的质量、安全等方面存在的隐患。管理人员可以采取有效的预防、加强措施，提高工程施工质量和管理效果；施工虚拟仿真技术能实时、直观地显示施工全过程，这样有助于操作人员全面了解作业过程，安全地完成施工任务。

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