虚拟现实技术在水文地质中的分析研究.doc

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1、虚拟现实技术在水文地质中的分析研究摘要：虚拟现实技术是利用计算机生成的虚拟环境逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面的新技术。这种技术在水文地质中得到了广泛的应用。关键词：虚拟现实技术；水文地质；应用1前言虚拟现实技术（virtualrealitytechnology，VRT）是生成的虚拟环境逼真模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等等行为的人机界面的技术。其基本特征分为三个方面：一是沉浸，即借助于头盔、数据手套等硬件设备，让参与者有身临其境的感觉：二是交互，通过使用虚拟交互接口设备实现人类自然技能对虚拟环境对象的交互考察与操作；三是构想，强调三维图形的立体显示。依据虚拟环

2、境的发展，虚拟现实系统的发展可分为两个基本方向，一是基于虚拟现实技术的发展，二是基于因特网和万维网的三维图形环境的发展。若从参与者的投入感划分，则基于虚拟现实技术的发展可称为投入型虚拟环境和非投入型虚拟环境。2虚拟现实技术的优点2.1它的实时表达功能可虚拟不同时间、不同条件的环境变化，能反映事物随着时间的变化过程。2.2三维立体表达功能，虚拟技术可使其所表达的内容从不同的角度展和进行研究。2.3它能反映研究物体的全貌和细微处的差别。2.4它不仅可以细致地表达已经存在的事物。而且能虚拟现实世界不存但有可能发生的事情和事物的发展变化。2.5建立一个VRT系统，相当于建立一个虚拟现实实验审，不仅可以

3、事物的发生发展过程，还可根据不同的条件，虚拟出不同的结果。3VRT在水文地质中的应用随着计算机硬件的发展，虚拟现实技术在近年逐步发展起来，在水文地质方面，目前刚刚起步，还没有成型的软件和相应研究成果。虚拟现实的主要功能是其沉浸感、三维立体表现事物的各个特征以及实时地表达，即虚拟现实技术具有表现现实存在的或不存在的事物在三维空间随时间变化的功能，水文地质研究的也正是利用虚拟现实技术对不可或很难见到的事物在三维空间随时间变化的特征。虚拟现实技术在水文地质研究中主要可以完成以下方面的工作。3.1VRT对含水层的表达利用虚拟现实技术的三维可视化功能可以真实地再现地下含水层和隔水层的分布、含水层的厚度、

4、空间的变化情况。以往工作中，仅能通过剖面图展示含水层、隔水层的垂向分布特点，在平面图中通过含水层厚度等值线表现含水层的空间分布状况，总的来说不直观也不全面。在虚拟现实系统中随着资料的进一步完善，神秘的地下含水系统将真实地展现在人们的面前。3.2虚拟现实系统对地下水流的表达水文地质研究中的主要部分是地下水流的运动规律，如果说含水层是水文地质研究中的一个不变的静态因素，地下水流则是一个动态的变化过程，是目前水文地质研究中最为活跃的因素。利用虚拟现实系统可以研究的不仅是含水层的展布，同时利用虚拟现实系统的实时变化功能也可以对地下水流的运动变化特征进行虚拟表达，充分展现地下水流的特点，其流向、流速和流

5、量乃至于储存量的变化，特别是人类开采利用地下水对含水系统产生的影响，边界条件对地下水流的约束和控制作用等。通过应用过程中不断地完善地下水流的虚拟模型，不仅可以对地下水进行科学可视化的管理，而且可以设计不同的开采方案和管理模式，利用虚拟现实技术不仅可以对其进行演示和表达，还可以对其进行不断的修改、补充和完善，使之成为比较完善的管理模型。3.3水文地质环境问题近些年，由于大量开采利用地下水诱发了区域地下水位持续下降、水资源枯竭、地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化等一系列的环境地质问题，引地表水灌溉，导致地下水位上升而产生沼泽化等问题。这一系列问题的研究，由于地下水水流变化的不可见性、环境问题产生初期不

6、可预知，形成机理无法模拟研究以及时间、场景不可再现等原因，水文地质环境问题的研究始终处于滞后的局面，也始终在环境问题严重了以后才开始进行分析研究。虚拟现实技术具有虚拟事物不同发展过程的能力，可以虚拟已经存在的事物，也可以虚拟不存在的事物，可以虚拟事物过去的存在状态，也可以虚拟其发展过程。因此通过实时的动态的虚拟，可以对事物的发展作一个不断完善的研究和展示，为由于地下水的开采而造成的环境问题的研究提供了一个很好的工作平台。3.4水资源规划虚拟现实技术在最开始主要用于小区的规划方面，这种功能在目前及以后的水资源规划和水源地建立时同样为规划设计提供了一个非常好的平台。在水资源开发利用之初，利用虚拟现

7、实技术建立水资源开发利用区的环境条件、水文地质条件等，在规划开始，将各种规划方案和由此而产生的环境变化结果虚拟出来，使水资源规划方案能够更完善，真正实现水资源的可持续利用。3.5地下水水质的虚拟表现（1）水质天然状态的变化目前，由于多方面因素的影响，地下水水质的变化较大。通过对地下水水质在天然状态下逐渐变化过程的虚拟，可以确定对地下水水质影响最大的因素，从而更深刻地理解水质变化的机理，为控制水质的恶化，使之向良性循环转化提供依据。（2）地下水水质虚拟实验室目前，由于地表水体污染等多种因素的作用，地下水水质遭受到前所未有的污染，展示地下水中有关离子的运移、变化规律、变化趋势等是对地下水水质进行研

8、究的关键。以往在地下水水质方面，主要是通过野外试验和模拟实验对水质的运移机理进行研究，因此试验在水质运移研究中占有极其重要的地位。但是实验室的模拟实验不能够完全真实地再现野外的某些因素的影响，野外试验受费用、场地等条件的限制，这些因素抑制了地下水水质运移机理、污染物弥散等方面的研究。目前利用虚拟现实技术，只要有足够的、充分的资料，就可以真实地表现地下水流和含水层的特征，以及地下水流中溶质的运移规律和发展趋势，这为地下水水质管理开辟了新的途径和思路。4结语综上所述，虚拟现实技术作为一种计算机方面最新的研究成果，为研究地下水赋存条件、地下水水质变化、污染物运移机理和由地下水开发利用导致的环境地质问题等方面的研究提供了新的研究手段，为不可见的水文地质现象提供了三维立体表达、科学可视化开辟了一个新的方向。5