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【摘要】虚拟现实技术是土木工程专业教学的重要手段，本文在分析虚拟现实技术特点基础上，围绕着现实需求来解决传统教学手段不足的问题，结合虚拟现实技术发展前景探讨其在土木工程教学中的应用空间。
【关键词】虚拟现实 土木工程 应用策略
【中图分类号】TP391.9；TU-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）04-0026-01
理论教学与实验教学相结合是土木工程教学的重要议题，理论与实践结合是培养学生重要手段，由于各种原因，我国土木工程实践教学很大程度上滞后于理论教学，土木工程专业教学在教学方法与空间上还面临困境与挑战，还需要开辟新思路，而虚拟现实技术可以有效解决这一矛盾。
一、虚拟现实技术的概念及特点
1.虚拟现实技术概念
虚拟现实技术也可以称为VR技术，是一项具有高集成性的新型技术。它主要由计算机图像处理技术，智能接口与人工智能技术等部分组成。通过虚拟现实技术可以实现数字图像的深度处理，可以在传感器技术的支撑下实现深入的目标分析。虚拟现实技术是把复杂抽象的计算机数据转换成直观事物的重要手段，该技术可以为技术人员提供新的人机交换的接口，把计算机生硬的数据信息转换成虚拟的图像世界，用户可以直接的参与到外界环境改变活动中去，从而构成综合的集成性系统，进一步实现了二维与三维空间的转换，使用户有身临其境的感觉。
2.虚拟现实技术特点
虚拟现实技术是综合多种技术的新型技术。首先，它具有沉浸性的特征，可以实现数据信息的有效转换，可以把具体的数据信息转换成视觉、嗅觉、听觉等效果，生动立体的三维化图像可以满足用户对传统交互设备的应用需求，从而可以使人们了解虚拟环境中的各种作用对象。其次，虚拟现实技术有交互性特征，可以用头盔显器、数据手段与其它计算机设备进行交互，这样可以带来更好的听觉、视觉与触觉效果，可以使对象进行各方面操作控制，同时可以帮助用户更好了解对象的特点。第三，虚拟现实技术有多感知性特征，可以实现用户同时感知多目标需求，模拟了身临其境的感觉，进一步提高了感受的真实性。
二、虚拟现实技术对土木工程教学的价值
1.弥补教学条件不足
当前土木工程的规模不断扩大，土木工程新技术更新速度不断加快，这使得传统的依靠计算机进行土木教学的方法已经不再满足现代土木工程教学需求。通过虚拟现实技术可以在虚拟的仪器设备、虚拟实验室的基础上模拟真实的土木工程环境，进一步在课堂构建了实践化的教学情境，有助于提高可视化的教学效果，满足了土木工程专业教学的现实需求，同时极大的降低了教学成本，并且可以实现网络化的教学，解决了土木工程教学的设备不足，教学时间长，教学资源配置不足的问题。
2.满足复杂操作需求
土木工程施工现场有一定的危险性，在施工现场进行实践教学容易受到外界因素干扰，不利于教师有效的控制教学环境。使用虚拟现实技术可以有效的进行复杂操作项目的教学，可以切实降低实训的安全风险，同时减少了土木工程教学的周期性。通过虚拟现实技术可以模拟真正的大型土木工程的现场，可以把现实操作中的复杂的高难度的项目搬到课堂。例如，通过虚拟现实技术可以满足学生参与剪力墙振动实验、滑坡过程、桥梁健康检测实验等教学，还可以满足学生对沉降现象的观测需求。在虚拟现实技术下学生可以模拟深入到建筑的内部环境而不承担相应的风险，这对于提高学生对土木工程学科的理解度有重要价值。
3.突破了时空限制
在虚拟现实技术的支撑下可以突破土木工程教学的时空限制，可以实现反复无障碍的教学，可以视实际情境进行充分教学，从而满足不同时间与空间中的学生学习需求。首先，虚拟现实技术满足学生多次重复观看体验需求，可以实现反复组织教学活动目标，对于提高教学的深度有重要意义。其次，利用虚拟现实技术还可以实现个性化的教学，可以给学生提供丰富的直观性素材，同时还可以根据学生的具体需求提供个性化的教学内容，这对于促进学生从不同的角度观察土木工程有重要的意义。第三，是现阶段模拟工程场景，促进学生自主开展实验的手段。虚拟现实技术还可以不断升级，可以在适应教材的基础上实现教学内容的扩展延伸，这对于提高教学质量与满足教学新需求有重要价值。
三、虚拟技术在土木工程的具体应用
1.虚拟仪器
虚拟仪器技术是在传统仪器硬件技术的基础上模拟出与传统仪器相似的造型、功能与操作显示板，学生可以通过计算机来实现对虚拟仪器的操作，并且可以营造出近似真实的虚拟按钮、开关与旋钮等功能。通过虚拟仪器上的测试仪表、虚拟显示屏和虚拟指示灯可以读取虚拟仪器的状态。例如，在虚拟三轴仪的使用中，学生还可以模拟虚拟仪器的放置方式，设置不同的加载条件，从而分级施加不同大小的载荷，并且模拟三轴仪的压力计划和百分表，从而显示出不同的实验结果。虚拟仪器可以使学生借助普遍的仪器硬件平台，从而虚拟化的构建各种功能实验仪器，使有虚拟系统的虚拟实验来代替传统的现场实验。
2.虚拟实验
虚拟实验可以借助多媒体、仿真和虚拟现实技术在计算机上营造可辅助部分代表真实工程环境的实验操作环节，学生可以在真实的工程环境中进行各种实验项目的操作，所取得的实验效果等价于甚至优于真实的环境中所取得的操作效果。利用虚拟现实技术可以各种现实条件进行模拟，同时又效的避免了现实条件中的危险，同时也可以减少对精密设备使用的损坏，并且建立起一个真实的实验环境，实现实验的交互性操作结果。
3.虚拟实习基地
虚拟实习基地和虚拟实习教室等是在虚拟技术高速发展的过程中模拟而成的空间。学生可以在虚拟的场景中行走，交互操作各种仪器设备，甚至可以跟虚拟场景中的人物进行交流，可以在视听环境下感受到真实的实习内容，同时有助于对传统的实习项目与过程进行再现，这样有助于学生深入的反思自己的实习情况，同时还可以把复杂的实验项目融入到工作情境当中。通过对过往实习反复观看，有助于巩固实践教学成果，找出实践过程中的问题，提高实验操作的效率与质量，同时提高实验教学有效性与科学性，达到高效和的开展实验教学目标。
四、结论
虚拟现实技术在土木工程领域有着广阔的应用空间，可以改变传统的教学方式，是有着潜在深远价值的应用技术，当前主要用于模拟各种仪器、实验环境，以及给学生提供操作空间，达到高效促进教学目标。
参考文献：
[1]梁海.基于虚拟现实技术的现代教育探索[J].内蒙古民族大学学报，2014，14（4）：42-43.
[2]张亚斌.虚拟现实技术进展及其在建筑行业中的应用案例[J].建筑技艺.2017（09）.
通讯作者：
黄群艺，男，汉族，1984-，福建泉州人，西南交通大学讲师，工學博士
【关键词】虚拟现实 土木工程 应用策略
【中图分类号】TP391.9；TU-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）04-0026-01
理论教学与实验教学相结合是土木工程教学的重要议题，理论与实践结合是培养学生重要手段，由于各种原因，我国土木工程实践教学很大程度上滞后于理论教学，土木工程专业教学在教学方法与空间上还面临困境与挑战，还需要开辟新思路，而虚拟现实技术可以有效解决这一矛盾。
一、虚拟现实技术的概念及特点
1.虚拟现实技术概念
虚拟现实技术也可以称为VR技术，是一项具有高集成性的新型技术。它主要由计算机图像处理技术，智能接口与人工智能技术等部分组成。通过虚拟现实技术可以实现数字图像的深度处理，可以在传感器技术的支撑下实现深入的目标分析。虚拟现实技术是把复杂抽象的计算机数据转换成直观事物的重要手段，该技术可以为技术人员提供新的人机交换的接口，把计算机生硬的数据信息转换成虚拟的图像世界，用户可以直接的参与到外界环境改变活动中去，从而构成综合的集成性系统，进一步实现了二维与三维空间的转换，使用户有身临其境的感觉。
2.虚拟现实技术特点
虚拟现实技术是综合多种技术的新型技术。首先，它具有沉浸性的特征，可以实现数据信息的有效转换，可以把具体的数据信息转换成视觉、嗅觉、听觉等效果，生动立体的三维化图像可以满足用户对传统交互设备的应用需求，从而可以使人们了解虚拟环境中的各种作用对象。其次，虚拟现实技术有交互性特征，可以用头盔显器、数据手段与其它计算机设备进行交互，这样可以带来更好的听觉、视觉与触觉效果，可以使对象进行各方面操作控制，同时可以帮助用户更好了解对象的特点。第三，虚拟现实技术有多感知性特征，可以实现用户同时感知多目标需求，模拟了身临其境的感觉，进一步提高了感受的真实性。
二、虚拟现实技术对土木工程教学的价值
1.弥补教学条件不足
当前土木工程的规模不断扩大，土木工程新技术更新速度不断加快，这使得传统的依靠计算机进行土木教学的方法已经不再满足现代土木工程教学需求。通过虚拟现实技术可以在虚拟的仪器设备、虚拟实验室的基础上模拟真实的土木工程环境，进一步在课堂构建了实践化的教学情境，有助于提高可视化的教学效果，满足了土木工程专业教学的现实需求，同时极大的降低了教学成本，并且可以实现网络化的教学，解决了土木工程教学的设备不足，教学时间长，教学资源配置不足的问题。
2.满足复杂操作需求
土木工程施工现场有一定的危险性，在施工现场进行实践教学容易受到外界因素干扰，不利于教师有效的控制教学环境。使用虚拟现实技术可以有效的进行复杂操作项目的教学，可以切实降低实训的安全风险，同时减少了土木工程教学的周期性。通过虚拟现实技术可以模拟真正的大型土木工程的现场，可以把现实操作中的复杂的高难度的项目搬到课堂。例如，通过虚拟现实技术可以满足学生参与剪力墙振动实验、滑坡过程、桥梁健康检测实验等教学，还可以满足学生对沉降现象的观测需求。在虚拟现实技术下学生可以模拟深入到建筑的内部环境而不承担相应的风险，这对于提高学生对土木工程学科的理解度有重要价值。
3.突破了时空限制
在虚拟现实技术的支撑下可以突破土木工程教学的时空限制，可以实现反复无障碍的教学，可以视实际情境进行充分教学，从而满足不同时间与空间中的学生学习需求。首先，虚拟现实技术满足学生多次重复观看体验需求，可以实现反复组织教学活动目标，对于提高教学的深度有重要意义。其次，利用虚拟现实技术还可以实现个性化的教学，可以给学生提供丰富的直观性素材，同时还可以根据学生的具体需求提供个性化的教学内容，这对于促进学生从不同的角度观察土木工程有重要的意义。第三，是现阶段模拟工程场景，促进学生自主开展实验的手段。虚拟现实技术还可以不断升级，可以在适应教材的基础上实现教学内容的扩展延伸，这对于提高教学质量与满足教学新需求有重要价值。
三、虚拟技术在土木工程的具体应用
1.虚拟仪器
虚拟仪器技术是在传统仪器硬件技术的基础上模拟出与传统仪器相似的造型、功能与操作显示板，学生可以通过计算机来实现对虚拟仪器的操作，并且可以营造出近似真实的虚拟按钮、开关与旋钮等功能。通过虚拟仪器上的测试仪表、虚拟显示屏和虚拟指示灯可以读取虚拟仪器的状态。例如，在虚拟三轴仪的使用中，学生还可以模拟虚拟仪器的放置方式，设置不同的加载条件，从而分级施加不同大小的载荷，并且模拟三轴仪的压力计划和百分表，从而显示出不同的实验结果。虚拟仪器可以使学生借助普遍的仪器硬件平台，从而虚拟化的构建各种功能实验仪器，使有虚拟系统的虚拟实验来代替传统的现场实验。
2.虚拟实验
虚拟实验可以借助多媒体、仿真和虚拟现实技术在计算机上营造可辅助部分代表真实工程环境的实验操作环节，学生可以在真实的工程环境中进行各种实验项目的操作，所取得的实验效果等价于甚至优于真实的环境中所取得的操作效果。利用虚拟现实技术可以各种现实条件进行模拟，同时又效的避免了现实条件中的危险，同时也可以减少对精密设备使用的损坏，并且建立起一个真实的实验环境，实现实验的交互性操作结果。
3.虚拟实习基地
虚拟实习基地和虚拟实习教室等是在虚拟技术高速发展的过程中模拟而成的空间。学生可以在虚拟的场景中行走，交互操作各种仪器设备，甚至可以跟虚拟场景中的人物进行交流，可以在视听环境下感受到真实的实习内容，同时有助于对传统的实习项目与过程进行再现，这样有助于学生深入的反思自己的实习情况，同时还可以把复杂的实验项目融入到工作情境当中。通过对过往实习反复观看，有助于巩固实践教学成果，找出实践过程中的问题，提高实验操作的效率与质量，同时提高实验教学有效性与科学性，达到高效和的开展实验教学目标。
四、结论
虚拟现实技术在土木工程领域有着广阔的应用空间，可以改变传统的教学方式，是有着潜在深远价值的应用技术，当前主要用于模拟各种仪器、实验环境，以及给学生提供操作空间，达到高效促进教学目标。
参考文献：
[1]梁海.基于虚拟现实技术的现代教育探索[J].内蒙古民族大学学报，2014，14（4）：42-43.
[2]张亚斌.虚拟现实技术进展及其在建筑行业中的应用案例[J].建筑技艺.2017（09）.
通讯作者：
黄群艺，男，汉族，1984-，福建泉州人，西南交通大学讲师，工學博士