1、概述

　　《公路隧道工程》是道橋?qū)I(yè)的專業(yè)課程。我國高等級公路的發(fā)展，公路隧道得到長足發(fā)展，截止到2010年底，全國公路隧道為7384處、512.26萬米，比“十五”末增加4495處、359.55萬米。其中，特長隧道265處、113.80萬米，長隧道1218處、202.08萬米。“十一五”期內(nèi)，秦嶺終南山隧道、廈門翔安海底隧道等重大工程相繼建成。因此公路建設(shè)中對隧道專業(yè)人才的需要日益增加，道橋?qū)I(yè)《公路隧道工程》的教學(xué)工作突顯重要。

　　隧道工程的優(yōu)點是: 縮短線路長度，減少能耗;節(jié)約土地;有利于環(huán)境保護(hù)。缺點是：工藝復(fù)雜，造價高;施工周期長;施工環(huán)境與條件差。由于地質(zhì)因素不確定導(dǎo)致隧道施工時常發(fā)生各種事故，如圍巖失穩(wěn)、透水、瓦斯爆炸、高地應(yīng)力等;同時隧道施工中廣泛采用新奧法施工時使用炸藥爆炸碎巖有相當(dāng)大的危險性。這些因素都危害著施工人員的身體健康。所以在《隧道工程》教學(xué)中很難突出實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生得不到實踐教學(xué)訓(xùn)練，限制了學(xué)生施工能力的培養(yǎng)。

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的綜合技術(shù)，它恰好能彌補(bǔ)《隧道工程》教學(xué)中實訓(xùn)環(huán)節(jié)的不足。

　　2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在《隧道工程》課程教學(xué)中的應(yīng)用

　　上世紀(jì)八十年代，杰倫·拉尼爾提出了"虛擬現(xiàn)實"VR(Virtual Reality)的觀點，目的在于建立一種新的用戶界面，使用戶可以置身于計算機(jī)所表示的三維空間資料庫環(huán)境中，并可以通過眼、手、耳或特殊的空間三維裝置在這個環(huán)境中"環(huán)游"，創(chuàng)造出一種"親臨其境"的感覺。這項技術(shù)提出之后在科學(xué)界和工程界首先得到關(guān)注的技術(shù)，此項技術(shù)的發(fā)展不僅為人機(jī)交互發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，更為各種大型工程數(shù)據(jù)的整理和分析提供了一種新的途徑，它實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的可視化。

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)涉及計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計算機(jī)生成逼真的三維視聽感覺，使人作為參與者通過各種傳感裝置，對計算機(jī)虛擬世界進(jìn)行體驗和交互作用。當(dāng)用戶有運(yùn)動時，計算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將三維影像傳回大腦產(chǎn)生現(xiàn)實感。該技術(shù)集成了計算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、云計算處理等技術(shù)的發(fā)展成果，是一種由計算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

　　虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，具有多感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性及安全性等特點，使使用者能沉浸其中，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。

　　在《隧道工程》課程教學(xué)中，教師利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效地整合項目工程的信息并加以集成，形成虛擬實訓(xùn)課程，實現(xiàn)課程的可視化、智能化并能交互運(yùn)行。教師將三維模型、設(shè)備材料源、場地布置等施工要素結(jié)合起來，并在虛擬課程中加入各項工序的先后順序，使學(xué)生對隧道施工工藝有整體認(rèn)識并能，同時又確保了學(xué)生的人身安全;按時間模擬施工進(jìn)度，可以對工期進(jìn)行比較精確的計算和控制，有助于人、材、物的統(tǒng)籌和調(diào)度，實現(xiàn)了對建筑施工的交互式可視化和信息化管理。

　　教師利用虛擬現(xiàn)實軟件建立周圍場景、混凝土結(jié)構(gòu)及施工設(shè)備等的三維模型，在虛擬的遂道教學(xué)環(huán)境中形成基于計算機(jī)的具有交互功能的仿真系統(tǒng)，讓交互系統(tǒng)中的模型具有可操作性能，并對虛擬系統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬施工與安裝，同時根據(jù)學(xué)生虛擬的結(jié)果，可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)的目的。同時，教師運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以根據(jù)特定遂道條件，結(jié)合氣體的運(yùn)動規(guī)律，模擬隧道工程發(fā)生火災(zāi)時有害氣體或汽車尾氣的消散分布情況，結(jié)合隧道通風(fēng)設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行情況，檢驗通風(fēng)系統(tǒng)能否滿足隧道正常營運(yùn)要求。而這些特殊情況要學(xué)生進(jìn)行實際實驗是不可能的，通過學(xué)生對虛擬現(xiàn)實軟件的學(xué)習(xí)，極大的提高了學(xué)生的能力。再次，虛擬現(xiàn)實軟件的出現(xiàn)降低了真實實驗室的建設(shè)成本，減少實踐環(huán)節(jié)長期存在的消耗大量人力物力、能源以及實驗場地不足等問題，同時還解決了新技術(shù)新設(shè)備的出現(xiàn)就必須更新現(xiàn)有實驗設(shè)備器材的問題，對于創(chuàng)建節(jié)約型社會起著積極作用。

　　3、結(jié)語

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門嶄新的綜合的計算機(jī)技術(shù)，它涉及到圖像處理、三維動畫、人機(jī)交互等方面，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于教育、科研、施工、游戲娛樂等領(lǐng)域。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以解決現(xiàn)有的實驗實訓(xùn)設(shè)備已相對陳舊，難以培養(yǎng)出現(xiàn)有工程施工單位所需要的應(yīng)用型人才;另外，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建設(shè)成虛擬實驗室，可以教師進(jìn)步，教師不僅要掌握本專業(yè)知識，還要掌握先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)使得教師的教學(xué)更上一層樓，加快課程建設(shè)的步伐。最后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以節(jié)約資源，確保安全。其發(fā)展前景非常美好。

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