虚拟现实技术在《公路隧道工程》课程教学中的

　　1、概述

　　《公路隧道工程》是道桥专业的专业课程。我国高等级公路的发展，公路隧道得到长足发展，截止到2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，比“十五”末增加4495处、359.55万米。其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。“十一五”期内，秦岭终南山隧道、厦门翔安海底隧道等重大工程相继建成。因此公路建设中对隧道专业人才的需要日益增加，道桥专业《公路隧道工程》的教学工作突显重要。

　　隧道工程的优点是: 缩短线路长度，减少能耗;节约土地;有利于环境保护。缺点是：工艺复杂，造价高;施工周期长;施工环境与条件差。由于地质因素不确定导致隧道施工时常发生各种事故，如围岩失稳、透水、瓦斯爆炸、高地应力等;同时隧道施工中广泛采用新奥法施工时使用炸药爆炸碎岩有相当大的危险性。这些因素都危害着施工人员的身体健康。所以在《隧道工程》教学中很难突出实训教学环节，学生得不到实践教学训练，限制了学生施工能力的培养。

　　虚拟现实技术是随着计算机技术发展而出现的一种新的综合技术，它恰好能弥补《隧道工程》教学中实训环节的不足。

　　2、虚拟现实技术及其在《隧道工程》课程教学中的应用

　　上世纪八十年代，杰伦·拉尼尔提出了"虚拟现实"VR(Virtual Reality)的观点，目的在于建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机所表示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特殊的空间三维装置在这个环境中"环游"，创造出一种"亲临其境"的感觉。这项技术提出之后在科学界和工程界首先得到关注的技术，此项技术的发展不仅为人机交互发展做出了巨大贡献，更为各种大型工程数据的整理和分析提供了一种新的途径，它实现了工程数据的可视化。

　　虚拟现实技术涉及计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视听感觉，使人作为参与者通过各种传感装置，对计算机虚拟世界进行体验和交互作用。当用户有运动时，计算机可以进行复杂的运算，将三维影像传回大脑产生现实感。该技术集成了计算机图形学、人工智能、传感技术、显示技术、云计算处理等技术的发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

　　虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性及安全性等特点，使使用者能沉浸其中，形成具有交互效能多维化的信息环境。

　　在《隧道工程》课程教学中，教师利用虚拟现实技术有效地整合项目工程的信息并加以集成，形成虚拟实训课程，实现课程的可视化、智能化并能交互运行。教师将三维模型、设备材料源、场地布置等施工要素结合起来，并在虚拟课程中加入各项工序的先后顺序，使学生对隧道施工工艺有整体认识并能，同时又确保了学生的人身安全;按时间模拟施工进度，可以对工期进行比较精确的计算和控制，有助于人、材、物的统筹和调度，实现了对建筑施工的交互式可视化和信息化管理。

　　教师利用虚拟现实软件建立周围场景、混凝土结构及施工设备等的三维模型，在虚拟的遂道教学环境中形成基于计算机的具有交互功能的仿真系统，让交互系统中的模型具有可操作性能，并对虚拟系统中的模型进行虚拟施工与安装，同时根据学生虚拟的结果，可以对学生的学习情况进行评价，达到优化教学的目的。同时，教师运用虚拟现实技术可以根据特定遂道条件，结合气体的运动规律，模拟隧道工程发生火灾时有害气体或汽车尾气的消散分布情况，结合隧道通风设备系统运行情况，检验通风系统能否满足隧道正常营运要求。而这些特殊情况要学生进行实际实验是不可能的，通过学生对虚拟现实软件的学习，极大的提高了学生的能力。再次，虚拟现实软件的出现降低了真实实验室的建设成本，减少实践环节长期存在的消耗大量人力物力、能源以及实验场地不足等问题，同时还解决了新技术新设备的出现就必须更新现有实验设备器材的问题，对于创建节约型社会起着积极作用。

　　3、结语

　　虚拟现实技术是一门崭新的综合的计算机技术，它涉及到图像处理、三维动画、人机交互等方面，已经越来越多地应用于教育、科研、施工、游戏娱乐等领域。应用虚拟现实技术可以解决现有的实验实训设备已相对陈旧，难以培养出现有工程施工单位所需要的应用型人才;另外，利用虚拟现实技术建设成虚拟实验室，可以教师进步，教师不仅要掌握本专业知识，还要掌握先进的计算机技术使得教师的教学更上一层楼，加快课程建设的步伐。最后，虚拟现实技术的应用可以节约资源，确保安全。其发展前景非常美好。

　　参考文献

　　[1]谭恒松;胡晨辉;虚拟现实技术在课堂教学中的应用研究[J].福建电脑,2011,(07).

　　[2]朱毅. 网络虚拟现实技术在实验教学中的运用[J]. 三峡论坛(三峡文学.理论版),2011,(4).

　　[3]邱文. 虚拟现实技术在遂道建设中的应用[J]. 科技信息,2009,(30).

　　[4]徐静. 基于虚拟现实技术的隧道视景仿真系统研究[D]. 长安大学: 长安大学,2004.

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