우리나라 경제의 꾸준한 성장과 인프라 규모가 증가함에 따라 건설 프로젝트의 규모가 커지고 구조 형식도 복잡해지면서 토목공학과 과학과 정확한 관리에 대한 요구가 높아지고 있다. 토목공학의 정보화, 지능화, 시각화 및 통합을 실현하는 것은 토목공사 프로젝트 관리 현대화의 요구 사항과 이 분야의 연구 핫스팟이 되었다. 가상 현실 (VR) 은 군사, 의학, 디자인, 예술, 엔터테인먼트 등 여러 분야에서 광범위하게 사용되는 종합적이고 통합성이 뛰어난 첨단 기술입니다. 토목공학 가상현실 기술은 토목공학 분야의 각 학과를 다루며 실용성, 거대한 기술 잠재력, 광범위한 응용 전망 [1] 을 보여 주었다.
둘째, 가상 현실 기술과 그 특성
가상현실 기술, 일명 정신경지 기술이라고도 하는 것은 20 세기 말에 출현한 새로운 종합 정보 기술이다. 디지털 이미지 처리, 컴퓨터 그래픽, 멀티미디어 기술, 센서 기술 등 다양한 정보 기술 분기를 융합하여 컴퓨터 기술의 발전을 크게 촉진시켰다. VR 기술은 추상적이고 복잡한 컴퓨터 데이터 공간을 사용자가 직관적으로 익숙한 것으로 변환하는 것입니다. 그 기술의 본질은 선진적인 인간-기계 인터페이스를 제공하는 것이다. VR 기술에 의해 생성 된 지역 세계는 인공적인 허구, 진짜가 아니다, 그러나 사용자가 국부 적으로 세계에 들어갈 때, 현실 세계와 같이 느낀다. 따라서 가상 현실 기술은 사람과 컴퓨터 사이의 무미건조하고 무뚝뚝하며 수동적인 상태를 변화시켜 사용자에게 인간적인 가상 정보 공간을 제공합니다. 시뮬레이션을 통해 물리적 변화와 상호 작용을 실시간으로 반영하는 3D 이미지 세계를 만들어 참가자들이 실제 세계에 있는 것처럼 가상 물체가 있는 환경의 효과와 변화에 직접 참여하고 탐색할 수 있도록 합니다. 몰입 형 가상 환경 시스템은 컴퓨터 그래픽, 이미지 처리 및 패턴 인식, 지능형 인터페이스 기술, 인공 지능 기술, 멀티 센서 기술, 음성 처리 및 시청각 기술, 네트워크 기술, 병렬 처리 기술 및 고성능 컴퓨터 시스템을 포함한 다양한 기능 및 계층 하위 시스템으로 구성된 대규모 통합 환경입니다. 따라서 가상 현실 기술은 종합적이고 강력한 하이테크 정보 기술이다. 가상 현실 기술은 다음과 같은 세 가지 특징을 가지고 있다.
1 .. 몰입
가상 현실 기술은 인간의 시각과 청각에 기반한 생리적, 심리적 특징으로, 컴퓨터에서 사실적인 3 차원 이미지를 생성합니다. 사용자는 헬멧 모니터, 데이터 장갑 등의 대화형 장치를 착용하여 가상 환경에 자신을 두고 가상 환경의 일원이 될 수 있습니다. 가상 환경에서 사용자들과 다양한 물체와의 상호 작용은 현실 세계처럼 모든 느낌이 너무 사실적이고 몰입감 있는 느낌이다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 가상환경명언) (윌리엄 셰익스피어, 가상환경, 가상환경, 가상환경, 가상환경, 가상환경, 가상환경)
2. 상호 작용
가상 현실 시스템의 인간-컴퓨터 상호 작용은 거의 자연스러운 상호 작용이다. 사용자는 컴퓨터 키보드 및 마우스뿐만 아니라 특수 헬멧, 데이터 장갑 및 기타 감지 장치와도 상호 작용할 수 있습니다. 사용자는 자신의 언어, 팔다리 동작 또는 동작과 같은 자연 기술을 통해 가상 환경에서 객체를 검사하거나 조작할 수 있습니다.
3. 다중 인식
가상 현실 시스템에는 시각, 청각, 촉각, 동각의 인식과 반응 장치가 장착되어 있어 사용자가 가상 환경에서 시각, 청각, 촉각, 동각과 같은 다양한 감각을 얻을 수 있어 몰입감 있는 느낌을 얻을 수 있습니다.
토목 공학에 가상 현실 기술 적용
1. 토목 공학에서의 가상 현실 기술의 응용 가능성
토목공학에서 사람들은 오랫동안 추상적인 개념으로 매우 풍부한 내용을 표현해야 했다. 예를 들면 평면도, 단면도, 입면도로 규정된 부호를 형성하여 3 차원 건물을 표현하고, 추상적인 도형과 간결한 언어로 복잡한 장면을 묘사하여 대량의 정보를 전달하는 것이다. 그러나 이러한 정보 처리 및 전달 방식은 정보 수신자의 직업, 지식 구조 및 이해 능력에 영향을 받아 의사 소통이 매우 어렵습니다.
가상현실 기술의 발전은 우리가 이 어려움을 극복할 수 있는 매우 효과적인 수단을 제공한다. 가상현실은 현실 세계도 대표할 수 있고, 가상세계도 대표할 수 있다. 현실 세계를 표현할 때, 우리는 물리적 공간과 시간의 한계를 돌파하여' 현실을 초월' 할 수 있다. 가상 세계를 표현할 때, 그 안에 있는 가상 물체는 3 차원의 현실감을 표현하여 몰입감을 얻을 수 있으며, 결국' 몰입, 초월, 자유로운 출입, 상호 작용을 위한 3 차원 정보 공간' 을 형성한다. 가상 현실 기술은 사용자에게 새로운 인간-기계 인터페이스를 제공합니다. 컴퓨터를 사용하여 대화식 3D 환경을 생성하므로 참가자는 장면이나 모델의 현실감을 느낄 수 있을 뿐만 아니라 참가자의 동작 및 작업에 실시간으로 정확하게 대응할 수 있습니다.
토목 공학에서의 가상 현실 기술의 응용.
이러한 장점으로 인해 가상 현실 기술은 토목공학에서 광범위하게 응용되어 광범위한 응용 전망을 가지고 있다. 현재, 토목 공학에서의 가상 현실 기술의 응용은 주로 다음과 같은 측면 [2] 을 포함한다.
(1) 가상 시공 과정 및 시공 구조 계산에 적용 [3]
실제 공사 건설에서 복잡한 구조 시공 방안의 설계와 시공 구조의 계산은 어려운 문제이다. 전자의 핵심은 건물 대지에서 구조 구성요소와 기계 장비 사이의 공간 관계를 표현하는 것입니다. 후자는 시공 상태 및 하중 하에서 시공 구조의 변형이 해당 위치 이후나 구조 성형 후의 변형보다 큽니다.
가상 현실을 기반으로 하는 복잡한 구조 시공 시나리오 설계는 가상 현실 기술을 활용하여 가상 환경에서 주변 장면, 구조 구성요소 및 기계 장비의 3D CAD 모델 (가상 모델) 을 구축하고, 특정 기능을 갖춘 컴퓨터 시뮬레이션 시스템을 형성하며, 시스템 내 모델을 동적 성능으로 만들고, 가상 방식으로 시스템에 모델을 조립하고, 가상 어셈블리 결과에 따라 인간-컴퓨터 상호 작용의 시각화 환경에서 시공 시나리오를 수정하는 것을 말합니다. 복잡한 구조 시공에는 기중기의 배치 위치와 높이, 케이블 밧줄의 무게 중심 선택, 구성 요소 야적장의 위치, 기중기의 운행 경로, 구성 요소의 호이 스팅 경로 등 여러 가지 요소가 포함됩니다. 이 모든 것은 시공 방안 설계에서 고려해야 한다. 이런 문제들에 대해 충분히 고려하지 않으면 공사 건설의 진도와 비용, 심지어 안전사고까지 초래할 수 있다.
건축 구조가 시공되기 전에 시공 방안의 힘 상태를 점검해야 하는 경우가 많다. 예를 들어, 장거리 공간 구조의 시공은 시공 과정의 안전성과 실현 가능성뿐만 아니라 시공 과정에서 구조 자체의 안전성과 신뢰성을 고려해야 한다. 모 컨벤션 센터에서 강철 지붕은 강철 돛대 위에 지지되고, 돛대의 양쪽 끝은 테이퍼되어 아래쪽 콘크리트 구조와 힌지를 이룹니다. 스틸 트러스의 변형을 줄이고 구조의 안정성을 유지하기 위해 스틸 트러스와 콘크리트 사이에 일련의 스테이케이블 (전면 케이블, 후면 케이블, 안정 케이블) 과 스트러트를 사용하여 안정적인 구조 체계를 형성합니다. 강철 구조 시공에서 서로 다른 지지 체계와 서로 다른 접합 체계는 구조의 서로 다른 부분에 서로 다른 영향을 미칠 수 있으며, 링크가 설치됨에 따라 이러한 시공 단계의 응력은 구조 부위에 남아 최종 구조의 힘 안전에 영향을 줄 수 있습니다. 그리고 구조가 제자리에 있는 동안 불안정과 변형이 발생할 수 있습니다. 이를 위해서는 시공 과정에 대한 정확한 분석이 필요하다. 가상 현실 기술을 이용하여 우리는 단기간에 서로 다른 방안을 대량으로 분석하여 시공 방안의 최적화를 보장할 수 있다.
(2) 프로젝트 입찰에 적용.
건축업은 우리나라의 지주 산업이며, 건축시장의 과도한 경쟁은 이미 장기적인 사실이다. 업주는 현대건설 사업 운영에서 절대적으로 유리한 위치에 있다. 제한된 기간 동안 소유주와 입찰 평가 전문가가 입찰 서류의 작성과 승인을 충분히 이해할 수 있도록 하는 방법은 계약자가 낙찰할 기회가 있는지 여부와 직결된다. 따라서 계약자는 입찰 서류의 기술적 타당성과 합리적인 견적뿐만 아니라 입찰 서류의 포장에도 신경을 쓴다. 특히 대규모 프로젝트, 국가 중점 프로젝트, 국제 프로젝트는 종종 프로젝트 계획 단계에서 이미 시작되었습니다 [4].
가상 시뮬레이션 시스템을 통해 미리 볼 수 없는 시공 과정과 방법을 보여주면 시간과 건설 투자를 절약할 수 있을 뿐 아니라 프로젝트 관리자의 현장 답변도 필요 없이 방안의 장단점을 한눈에 알 수 있습니다. 이것은 의심할 여지없이 청부업자가 낙찰할 확률을 크게 증가시켰다.
(3) 비주얼 컴퓨팅 분야의 응용
비주얼 컴퓨팅은 미래의 중요한 발전 방향이 될 것입니다. 과학 연구에서 사람들은 대량의 데이터를 만날 것이다. 귀중한 법칙과 결론을 도출하기 위해서는 대량의 데이터에 대한 세밀한 분석이 필요하다. 과학적으로 계산된 데이터는 시각화하거나 3D 그래픽으로 표시할 수 있으며, 매개변수를 대화식으로 변경하여 계산 결과와 그 변화의 전모를 관찰할 수 있어 파라메트릭 시각화 계산을 실현할 수 있으며, 가상 현실 기술은 비약적으로 발전했다.
유한 요소법으로 구조를 분석할 때, 가상 현실 기술을 이용하여, 색상의 깊이를 통해 3 차원 물체의 각 점에 힘을 부여하고, 서로 다른 색으로 서로 다른 등압면을 나타낼 수 있다. 각도를 마음대로 바꿔서 어느 시점에서든 관찰할 수도 있다. 또한 VR 의 상호 작용 성능을 활용하여 실시간으로 다양한 데이터를 수정하여 다양한 시나리오와 결과를 비교할 수 있습니다. 이것은 엔지니어의 사고를 더욱 직관적으로 만들고 개념을 이해하기 쉽게 한다. 시각화 컴퓨팅 기술을 초대형 복합 구조의 설계, 엔지니어링 제어 및 구조 분석에 적용하면 컴퓨팅 소프트웨어의 사전 및 사후 처리 능력이 향상됩니다. 예를 들어 교량 엔지니어링 제어 및 구조 분석의 시각적 계산에서 역 (철거) 분석 구조의 동적 표현, 구조의 이상적인 시공 선 유형 표시, 시공 단계 주 보 질량 중심의 설계 곡선 및 측정 맞춤 곡선 표시, 정방향 분기 교량 구조 조립의 동적 표현, 시공 예측의 그래픽 표시, 주 보 내부 힘 표시, 위험 단면 응력 분포 표시 등이 있습니다. 더 중요한 것은 도면 또는 이미지 동적 제어 구조의 재분석 및 시공 제어 데이터 획득을 통해 설계 및 시공 프로세스를 실시간으로 동적으로 시연하고 제어할 수 있다는 것입니다.
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