【正文】 力和撓度是眼睛觀察不到的?！　〕邔?、超大跨度建筑和特大跨度橋梁這些超大型復雜結構的設計、工程控制和的施工控制需要進行多次的結構重分析。一般地，理想施工狀態(tài)的確定由倒退分析系統(tǒng)完成。然后，系統(tǒng)調用參數(shù)識別系統(tǒng)求出較符合實際的設計參數(shù)，存人數(shù)據(jù)庫，供可視化前進分析和后退分析時用。以三峽工程為例，對于本世紀最大的水利工程，其影響是深遠的，一旦其建成以后無論是對生態(tài)環(huán)境，還是社會環(huán)境都有相當大的影響?；谶@種情況，世界各國的研究機構都在作不懈的努力，以找出一種有效的評價設計中建筑物的性能的方法。顯然，一旦找到這樣一種方法，將對整個建筑聲學界產生具有重大理論意義和經(jīng)濟價值的影響?！　∪绻捎锰摂M現(xiàn)實技術，就可以考慮用另一種方式來表現(xiàn)設計方案。在模擬中，還發(fā)現(xiàn)不同于常識的情況，即步行街的溫度大部分時間低于室外氣溫，故沒有必要安裝風機。然而運輸計劃是否可行，不可能去實際演習，只能在計算機中進行仿真模擬。房地產開發(fā)商的產品，如寫字樓、住宅小區(qū)、商業(yè)樓、旅館等都必須經(jīng)過銷售，進入市場，才能實現(xiàn)其價值。業(yè)內人士多有這樣的共識：“房地產的價值和質量＋廣告藝術=高額利潤”。這種機器人只有少量可應用于工業(yè)生產，大部分還屬實驗室研究類型機器人。應用臨場感技術，使得操作者在控制器的所在地，通過來自工地上的傳感器信號，可以得到一種在現(xiàn)場直接操作的感覺，以獲知工作地機器人與環(huán)境的相互作用，并通過決策及控制而不斷調整自身施加的作用，這實際上是將操作者的控制與機器人的自主功能相結合，達到將人的高智能納入機器人控制系統(tǒng)中去的目的，從而可以智能地遙控機器人完成任務。這雖是一個神話般的傳說，但在科技高度發(fā)展的今天，這一神話般的傳說將得以實現(xiàn)。建筑審美由直接的生理快感；經(jīng)過心理快感這一中介，發(fā)展和上升到理智的精神快感?！　∪祟悓ㄖ蜗蟮母兄ㄒ曈X、觸覺、聽覺、前庭感覺(運動和重力覺)、整體位置及軀體感覺(皮膚壓力)，其中由于視覺引起的感受和人們的心理變化，將起到主要作用。從古至今，建筑與藝術就結下了不解之緣。通過顯示頭盔，人可以“看”到三維立體的藝術展品，并且通過觸覺手套“撫摸”展品，從而達到欣賞藝術品的目的。設計師可以在虛擬的世界里去創(chuàng)作、去觀察、去修改，不受條件的制約，他可以從各個角度去設計一個建筑，設計成各種形狀，采用各種建筑形式，從中比較優(yōu)劣，而不再象以前一樣只在頭腦中想象，同時，計算機多樣的表現(xiàn)形式、豐富的色彩也極大的激發(fā)了設計師的創(chuàng)作靈感，使其有可能設計出更好的建筑。一般人類從外界所獲得的信息有近15％是通過耳朵得到的，是除了視覺以外的最重要途徑。因為不友好的界面可能導致用戶厭倦，甚至拒絕使用所提供的系統(tǒng)，盡管該系統(tǒng)功能可能非常之強。首先，是在觀賞建筑的作用下，知覺活動綜合各種感覺，形成對建筑的初步感知?？梢栽O想，在未來的建筑工地上，完全是一群機器人在工作，而真正的工人則在控制室內遙控機器人。另一種則是機器人只是作為一種遠程操作器，由機器人感知環(huán)境，再將感知信息(視觸聽等感覺信息)實時傳遞給不在現(xiàn)場的操作員?！　∧壳皣H和國內商品化、實用化的機器人大都屬于第一代機器人?！　　‰S著整個社會大環(huán)境信息化的發(fā)展，信息市場在房地產市場體系中的地位越來越重要。在這個占地2萬多平方米，由十二幢高層住宅樓及商場、相應配套設施構成的小區(qū)中，人們可以隨意瀏覽小區(qū)美麗的景色，即能沿著固定路線，由導游帶您參觀小區(qū)，也能任意在街道上漫步，感受由綠樹、石雕構成的優(yōu)美環(huán)境，又能信步走入自選商店體會現(xiàn)代購物的便捷。再如超大型建筑物的混凝土澆筑往往需要一次成型，這就需要解決混凝土的運輸問題。參與者可以瞄準、射擊上述目標，也可以駕駛坦克、飛機等武器平臺仿真器。最后在各種輸入、輸出軟件和設備的支持下就可以實現(xiàn)對該建筑物設計成果的預先展示，據(jù)此對擬建建筑物結構進行創(chuàng)建、修改和可視化。如果采用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)對建筑物聲場的模擬，人可以置身于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)之中，在建筑的任意一點體會音響效果，實時地進行吸音材料的修改和聲源位置、建筑局部的修改，直至得到滿意的效果。建筑設計人員，包括建筑師、結構工程師、設備工程師和項目管理經(jīng)理，有必要作為一個整體，重新估價自己的設計思想，迎接這一挑戰(zhàn)。這種評價技術就稱為建筑設計的先期技術成果的演示和論證技術。施工預告就是根據(jù)這些較符合實際的設計參數(shù)，由可視化前進分析向前計算直至竣工得出的，它預告今后施工可能出現(xiàn)的狀態(tài)并預告下一階段當前已安裝好的構件或即將安裝的構件是否會出現(xiàn)不滿足強度要求的情況，以確定是否要在本施工階段對可調變量進行調整。并且對于最后的變形情況有直觀的了解。　　結構有限元分析的可視化計算　　在運用傳統(tǒng)的有限元法進行結構分析時，結構應力的結果通常采用內力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。以前由于受計算機技術的限制，這方面的研究工作相對滯后于橋梁工程的發(fā)展需要。為了從中得到有價值的規(guī)律和結論，需要對這些數(shù)據(jù)進行認真分析。如果在計算機中輸入實際房間的模型，再引入虛擬現(xiàn)實設備，一切就將變得簡單輕松，設計者身處所需裝飾的房間，按照自己的構思去裝飾、修改，并且可以變換自己在房間中的位置，去觀察裝飾的效果，直到滿意為止，這樣既節(jié)約了時間，又節(jié)省了做模型的費用，其結果更可信。如果把虛擬現(xiàn)實技術與現(xiàn)在的集成化CAD系統(tǒng)的設計思想相結合，創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實的集成化CAD系統(tǒng)，從設計的建筑方案、結構方案的選擇直至最后結果的實現(xiàn)必將大大提高設計效率，提高設計質量。　　第二類，集成化設計系統(tǒng)。另外，可以降低設計成本?！　≡撓到y(tǒng)使用戶具有沉浸感，讓用戶能夠親身體驗火災時的感受，根據(jù)用戶的描述，研究火災時人們的心理表現(xiàn)。此外，有些結構難于進行直接試驗，用計算機模擬仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性，如核反應堆安全殼事故反演分析，汽車高速碰墻的檢驗試驗，地震作用下的構筑物倒塌分析等只有采用計算機模擬仿真，分析才能大量進行。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統(tǒng)制作成功，例如洪水泛濫淹沒區(qū)的洪水發(fā)展過程演示系統(tǒng)。仿真技術的實質也就是進行建模、實驗?？紤]到我國的總人數(shù)和四化建設的規(guī)模，應該說我們正從事的是世界上最大規(guī)模的基本建設，而且正處在一個經(jīng)濟大飛躍的前夕。虛擬現(xiàn)實技術是綜合性與集成性極強的高新技術，在航空航天、軍事、醫(yī)學、設計、藝術、文化娛樂等多個領域都得到了廣泛的應用。作為土木工程科技工作者，我們深受這一大好形勢的鼓舞，非常強烈地感受到了信息時代對各個學科、特別是對土木工程學科發(fā)展所帶來的迅猛沖擊。系統(tǒng)仿真的應用大致可分為：對已有系統(tǒng)進行分析時采用仿真技術；對尚未有的系統(tǒng)進行設計時采用仿真技術；在系統(tǒng)運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關系統(tǒng)過去的、現(xiàn)在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；在系統(tǒng)運行前，利用仿真模型作為預測器，向用戶提供系統(tǒng)運行起來后，可能產生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓練器，訓練系統(tǒng)操縱人員或管理人員。例如，地下工程開挖經(jīng)常會塌方冒項。隨著多媒體技術、計算機動畫、傳感技術的發(fā)展，計算機模擬外界環(huán)境對人的感官刺激開始成為可能。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題，這就需要對實際施工進行仿真。　對應于該階段的CAD系統(tǒng)主要有兩類：　　規(guī)劃信息的存儲和查詢系統(tǒng)　例如土質數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，地域信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)，城市政策信息系統(tǒng)等。　　這些CAD系統(tǒng)擅長于進行幾何數(shù)據(jù)處理，以表現(xiàn)三維空間的物體以及著色；但對于處理建筑設計工程中的復雜物理數(shù)學關系，如結構應力，熱傳導，聲，光效應等，則顯得無能為力。目前采用的方法是各方分別設計，再一起討論，協(xié)商修改，反復進行直到滿意。如果設計出一個新的機型，卻無法實現(xiàn)操作者的虛擬實際操作那么該機型在實際操作中可能存在的問題就無法發(fā)現(xiàn)。這種把不能或不易直接觀察的現(xiàn)象轉化為眼睛能夠觀察到的現(xiàn)象的技術稱為可視化技術。在這種情況下，應用可視化技術可以做到一目了然。如對斜拉橋和大型連續(xù)梁橋的理想后退分析、實時前進分析等。每完成一階段的倒退分析都是對該階段結構作一次完整的有限元分析，對大型結構，這樣的分析在一般的計算機上要花費較多機時，很難實現(xiàn)實時地倒拆分析動態(tài)演示。最后，進行“前進分析結構拼裝動態(tài)演示”、“施工預告圖形動態(tài)演示”、“主梁內力圖動態(tài)演示”、“危險截面應力分布圖動態(tài)演示”分析，達到對橋梁施工控制的目的。就在截流前幾天，一批科學家對三峽上下游進行全面考察，其目的不言而喻自然是為了得到各方面的相關數(shù)據(jù)，從而保護上下游的自然環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術正是解決這一問題的方法之一。　　“廳堂音質設計和評價的虛擬環(huán)境系統(tǒng)”通過采用用于虛擬環(huán)境開發(fā)的世界工具包WTK(WorldToolKit)作為開發(fā)平臺，應用建筑聲學原理、計算機圖形學、信號處理理論、虛擬現(xiàn)實技術和廳堂建筑設計的３維可視化描繪生成和３維可聽化描繪生成的集成技術，實現(xiàn)在設計階段就對廳堂的實際音質效果，作出正確的先期演示驗證和進行主觀評價。把當?shù)氐牡匦巍⒕坝^和交通條件和橋梁方案輸入建筑物漫游的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，人可以漫步橋上，也可以從任意視點、任意角度來觀察橋的形象，甚至可以驅車通過該橋，得到類似橋建成后的感受。這樣，不計長年運行耗費，單投資一項就節(jié)省30萬英鎊。作為一個決策者和管理者為了處理其中可能出現(xiàn)的問題，也需沉浸到虛擬的環(huán)境中去解決。所以銷售是房地產經(jīng)營的重要一關，尤其在目前情況下，房地產市場總體不夠活躍，銷售業(yè)績對于開發(fā)商的盈利狀況具有決定性意義。這是一句至理?！　〉谌鷻C器人是指智能機器人。為了實現(xiàn)遙控機器人，必須研究以下技術：　　(1)由遠處環(huán)境信息產生現(xiàn)場感技術；　　(2)人體運行測量技術，包括測量頭、臂、平指、眼球是關鍵部位運行，要求實時且受限制；　　(3)類人感覺器官功能，包括尺寸的視覺、聽覺、觸覺等傳感器技術；　　(4)類人形操作控制技術；　　(5)人機界面技術。　　顯然，張躍博士對北京明清皇宮宏偉的建筑深感敬佩，他騎著自行車沿著故宮走廊行駛，一面聆聽著優(yōu)美的古典音樂，一面穿過錯落有致、有首有尾、有疊起高潮的層層殿宇，它們像一篇凝固的交響樂，構成連續(xù)的空間序列，建筑之美隨時間的流動而逐步展現(xiàn)在他的面前。與其他形式的審美活動不同，建筑審美具有更加鮮明突出的直接性、時間性和能動性。但人眼在正常情況下都有一定的局限性。　　　　建筑，這一石頭鑄成的史書，記載了多少大師的睿智和天才!　藝術，這一金光四射的明燈，又為建筑披上了多么絢麗耀眼的光芒!　　時代發(fā)展到了即將進入21世紀的前夕，人們對建筑藝術的追求又是多么光怪陸離，多么不可思議!　　從結構方面考慮，同樣可以產生藝術的概念?！　≡O計師在虛擬現(xiàn)實的發(fā)展過程中可能起著比技術專家更重要的作用。適用于藝術的一個公認標準就是其創(chuàng)新程度，虛擬現(xiàn)實是一種允許廣泛創(chuàng)新的媒體，由于它作為通信媒體有著全面的靈活性，因而是非常適合于建筑師、結構工程師、藝術家的一種工具。那么問題的關鍵是，什么樣的分辨率是可以令視覺系統(tǒng)接受的下限呢?　　聽覺通道是虛擬環(huán)境系統(tǒng)中最重要的接口之一。我們知道在一般應用計算機系統(tǒng)的人機界面設計中，人們非常強調友好性?！　∪说慕ㄖ兄c虛擬環(huán)境　　建筑審美是一個生理——心理——意識的綜合過程，表現(xiàn)為感知、情感、聯(lián)想、理智四者有機的結構結合?！　∮纱丝梢?，機器人尤其是遙控機器人在建筑業(yè)是有著廣泛的應用前景的?！　?．放射性混凝土切割(遙控)機器人　　從這些機器人的應用現(xiàn)狀看，目前應用分為兩個方面：一種是工作直接用機器人完成，只需在機器人中輸入固定的程序。當然也可事先按工藝要求用計算機編程，并輸入到機器人記憶環(huán)節(jié)中去，這樣機器人也可按規(guī)定的工藝要求動作。因此，可以大膽地說，虛擬房地產必將帶來房地產促銷手段的重大變革。這個虛擬環(huán)境瀏覽系統(tǒng)是在Superscape公司的VRT虛擬環(huán)境軟件包中開發(fā)的，在這個VR的世界中，你可以領略到藍旗營小區(qū)建成后的全貌。所有這些新工藝的第一次引入，都帶有較大的風險性，但是利用虛擬現(xiàn)實的先期演示和論證技術，則可以在計算機模擬系統(tǒng)中以“真實”的角度去觀察任何新技術的預演，避免了風險，提高了成功率，同時也節(jié)省了不必要的浪費。在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中，參與者可以看到在地面行進的坦克和裝甲車，在空中飛行的直升機、殲擊機和導彈，在水面和水下游弋的艦艇；可以看到坦克行進時后面揚起的塵土和被擊中坦克的燃燒濃煙；可以聽到飛機或坦克的隆隆聲由遠而近，從聲音辨別目標的來向和速度。同時利用虛擬藝術制作工具和虛擬世界編輯器，形成一個存在于虛擬世界中擬建建筑物的“客觀實體”。這種方法，不但建模周期長，而且費用高，如果效果不夠滿意，修改起來很麻煩，更重要的是，由于模型是縮小的，試驗的結果和實際常常產生很大的誤差。這一數(shù)據(jù)向現(xiàn)行的建筑設計模式提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，建筑設計也要考慮節(jié)能問題。如何在建筑的設計階段就對方案進行全面、客觀的評價，是人們所關心的問題。參數(shù)識別是為了消除因設計參數(shù)取值的不確切性所引起的在施工中設計與實際的不一致性；通過對實際結構反應(如撓度、索力等)信息的處理，求出符合實際結構的設計參數(shù)(如截面特性、主梁自重、徐變計算中的系數(shù)等)。如果在可視化計算的基礎上，再引入虛擬現(xiàn)實技術，那么在立體的環(huán)境中，工程師可以觀察到擠壓下鋼筋和套筒上任一點的變形從無到有到穩(wěn)定的全過程。追蹤物可以通過數(shù)據(jù)手套任意指向指定的位置，工程師可以從任意角度觀察其運動軌跡，以得出滿意的答案。因此，在設計階段無論是組織數(shù)據(jù)，編排仿真計算過程，階段內力調整還是數(shù)據(jù)的輸入以及計算結果的整理其工作量非常之大，且極容易出錯，而對于斜拉橋施工階段的內力和標高控制問題，更是具有顯著的特點，其中最主要的是要根據(jù)施工中的實際結構來修正起初設計中的一些基本條件。4　建筑與結構的設計和施工過程的可視化計算技術 　　在科學研究中，人們會遇到大量的數(shù)據(jù)?！　≡谑覂妊b飾的其它方面，如選擇貼墻紙還是貼面磚，面磚、地磚的顏色、圖案、分隔形狀的選擇都是很繁的，傳統(tǒng)的方法是做出縮小的實際模型，在實際的模型上進行實驗，這樣做不僅費時、費錢而且其效果并不好。　　虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用　將虛擬現(xiàn)實技術應用于集成化CAD系統(tǒng)中，能夠較好地解決以上存在的問題，實現(xiàn)理想的繪圖與結構計算一體化。例如結構形式選擇系統(tǒng)、結構分析系統(tǒng)、設計系統(tǒng)、繪圖系統(tǒng)、材料計算系統(tǒng)等，其中每個系統(tǒng)都可以處理多種結構形式。使用自動化程度較高的CA