虛擬現實技術在地質學中的應用前景分析論文
摘 要：地質往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現實技術則可把內部過程展現出來，根據已知地質勘測數據模擬仿真地質結構，實現地質勘測等等活動的便利性和可操作性。本文作者分析了虛擬現實技術在地質學中的應用前景。
關鍵詞：虛擬現實;仿真;三維建模;地質勘探
虛擬現實(VR)技術是一種模擬人們在自然環境中感官行為的高級人機交互技術，是一門新興的高新技術。虛擬現實技術創造出一個模擬的三維環境，實時反映實體對象在三維環境中視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等的逼真體驗，使參與者產生沉浸感，仿佛置身于現實世界中。
一、虛擬現實技術的發展歷程及應用現狀
虛擬現實技術的發展大致分為三個階段：技術準備階段(20世紀50年代到70年代)，實際應用階段(80年代);迅猛發展階段(90年代初)。
VR是網絡技術、多媒體技術發展的產物，廣泛應用于教育領域。至今，它經歷了思維模型與邏輯分析以及計算機仿真等階段。目前很多國家的組織機構都在開展虛擬實驗系統的開發和研究工作，現有的虛擬實驗系統絕大多數是基于平面的二維層面，三維虛擬實驗的研究僅僅停留在框架探索以及關鍵技術的實現層次上，對于三維仿真技術，還處于起步階段。
二、虛擬現實技術在地質學中的應用價值剖析
(一)學術價值
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。
虛擬現實技術系統的運行趨勢為單機桌面和互聯網兩種主要方式，因此，它對計算機硬件技術和網絡技術的發展和應用也有很大的刺激作用。
(二)應用價值
地質構造比較復雜，需要地質勘查資料數據，包括鉆孔、地質界線、地質觀測點坐標與產狀、斷層等，進行三維地質建模，通過一系列的縱向地址剖面圖組成的斷面序列來表達三維地質體，建立模型，同時利用三維圖形可視化技術，實現三維虛擬場景的構建，仿真與虛擬現實技術可把內部過程展現出來，有很大實用價值。虛擬地質化仿真在現實生活中可以應用于煤礦開采、隧道挖掘、地基建筑、古墓內部土壤環境模擬等等一系列問題，對所有地質內部環境的模擬，有助于進行更好的地質勘測，建筑等一系列研究。
(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。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。對于長期的續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，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。
(3)防災工程中的應用
長期以來，人類一直與洪水、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統制作成功。
(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。
虛擬現實技術的發展比較迅速，尤其是近幾年，國內的研究在某些領域在國際上已具有先進水平。但是對于地質虛擬現實技術的研究相對要少得多，無論是理論還是應用都還不成熟。為此，需要投入更多研究力度，把虛擬現實技術引入到地質領域，實現地質勘探的模擬化操作，讓地質研究更加安全可靠。
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