VRGIS及其在向家坝水电站工程中的应用

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1、VRGIS及其在向家坝水电站工程中的应用1.前言当今社会已步入信息化时代，计算机信息管理的水平，已成为衡量大型工程现代化施工管理水平的重要标志之一。在大型工程的建设过程中，勘测资料、设计资料、施工资料、验收资料等数据量浩如烟海，这就给收集、汇总、查找工作带来了极大不便，而且，资料的管理不善还会延误工期，造成不必要的国民经济损失，这是业主和施工管理者面临的一大难题。因此，对重大工程来说，建立一个适合自身需要的信息管理系统势在必行[1,2]。向家坝水电站位于金沙江下游，是金沙江流域水电开发中的重要控制性工程。

2、其设计正常蓄水位ｍ，最大坝高161m，总装机容量6000MW。该工程地质构造复杂，勘测数据庞大，地质工作者很难对其在工程岩土体中的分布规律有一个整体和直观的把握，为了适应这一当代巨型水电工程建设的需要，提高地质工作者的工作效率，促进可变更设计与信息化施工等新技术的推广和应用，利用三维建模技术[3,4]与虚拟现实技术，建立一个VRGIS系统是极为必要的。领域用途科学视觉化数学、物理、化学、生物、考古、地质演化、灾害模拟、行星表面重建，虚拟风洞试验，分子结构分析医学外科手术，远程遥控手术，身体复建，虚拟超音波

3、影像，药物合成教育虚拟天文馆，远程教学，虚拟实习艺术虚拟博物馆，音乐商业电传会议，电话网路管理，空中交通管制景观模拟建筑设计，室内设计，工业设计，地形地图军事飞行模拟，军事演习，武器操控太空太空训练，太空载具驾驶模拟机械人机械人辅助设计，机械人操作模拟，远程操控工业电脑辅助设计娱乐电脑游戏2.VR与VRGISVR技术虚拟现实技术(VirtualReality，VR)是一种在计算机图形学、计算机仿真、传感技术、显示技术等多种学科交叉融合的基础上发展起来的计算机技术，最早可以追溯到美国学者IvanSuther

4、land于1965年所发表的论文“终极显示”[5]。经历了20余年的发展，该技术已经广泛地应用于许多行业中，如表1所示。它具有以下三个基本特征：沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，达到身临其境的感觉。交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身

5、体的运动，对虚拟环境中的对象进行考察或操作。多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。VRGISVRGIS(VirtualRealityGeographyInformationSystem)[6]是地理信息系统与虚拟现实技术相结合的产物，是目前地理信息系统和虚拟现实技术研究的热点和前沿方向之一。尽管GIS和VR技术的发展可追溯到20世纪60—70年代，但是，第一个较为成功的VRGIS却出现在90

6、年代初期，是美国侨治亚州教育学院的校园环境信息系统。从那以后，出现了大量的关于VR和GIS相结合的应用和理论研究，VRGIS日益引人注目。　　简单地说，VRGIS可看作一个特殊的“传统型”GIS，它具有传统GIS系统所具有的空间数据的存储、处理、查询和分析等功能，只是将VR技术作为主要的用户界面和交互方法。根据Faust在1993年提出的VRGIS概念，一个理想的VRGIS应具有以下几个方面的特征：空间数据的真实表现；用户可从任意角度进行观察、浸入、实时交互，可在所选择的地理范围内外自由移动；具有基于三维

7、空间数据库的基本GIS功能；可视化部分作为用户接口是一个自然而完整的部分。在向家坝水电站工程应用系统功能需求向家坝水电站地处松潘甘孜褶皱与扬子地台的交接部位，地质历史时期经历了复杂的构造演化过程，地层出露齐全、地质造构复杂。大量工程实践证明，重大工程的前期工程地质勘测起着举足轻重的作用，地质构造不查清，重要不良地质现象被忽视，往往是工程事故的隐患。对于工程设计与勘测部门来说，不仅要搞清工程区的地层分布情况、岩土物理力学参数，更要清楚工程区的岩体结构与不良地质情况对工程设施的影响，并据此提出相应的工程处理措

8、施。为了满足向家坝水电站可行性研究阶段勘测设计的需要，作者利用虚拟现实技术与三维建模技术，建立了向家坝VII坝址虚拟漫游信息系统，这对辅助工程决策、坝址地质分析和预测，有着十分积极的意义。系统开发步骤简介首先，作者对已有的钻孔数据进行整理，建立一个庞大的钻孔数据库。接下来，定义属性模板，从而在三维空间中定义钻孔位置属性。与此同时，针对一些平面图、剖面图数据，在AutoCAD环境下进行预处理及配准工作，从而在三维空间中定义地层、