水文地質研究中虛擬現實技術的應用研究

鄭春冰

（信陽市水利勘測設計院，河南 信陽 464000）

隨著地球的不斷開發和人口的增長，水資源的短缺和污染問題日益嚴重，水是人類生活不可或缺的資源之一，水資源問題對人類的生活產生了巨大的影響。水文地質的研究成為水資源保護及避免問題出現的關鍵環節。虛擬現實技術的發展成為研究水文地質的有效手段，極大地促進了我國水文地質工作的開展。對虛擬現實技術進行了解和分析，研究其先進技術在水文地質研究中的應用，對我國水資源的利用有著重大的意義［1］。

1 什么是虛擬現實技術

虛擬現實技術又被稱為靈境技術（VRT），虛擬現實技術自身有著交互性、構想性、沉浸性，虛擬現實技術三種特性讓人機交換操作頁面變得更為簡潔、方便、快速。此技術包含的技術復雜且全面，有計算機網絡圖形、新媒體技術、仿真、智能、傳感技術、高精處理技術等［2-3］。這些先進科學技術的融合運用不僅能夠讓人類在虛擬世界中體會到真實的境界，更能對人類的感官認知能力進行模仿。當機器和人類進行語言或是手勢溝通時，虛擬現實技術還能在此基礎上創造一個人性化、多維化的空間。虛擬現實技術包括投入型虛擬環境、半投入虛擬環境和無投入虛擬環境三種。投入虛擬環境屬于操作者進入虛擬三維世界類型，人類可以完全在虛擬世界里進行研究探索，與虛擬世界里的物品進行交換，和現實世界中的完全相同或者相似。操作者需佩戴立體數據頭盔、顯示手套和顯示數據服裝等設備，配套完整的設備可以讓操作者完全投入虛擬的世界，脫離現實世界。半投入虛擬環境需要操作者帶上立體眼鏡進行體驗，三維立體的圖像會在投影屏幕上顯現，并且不會因操作者視線的轉變而轉變。無投入的虛擬環境是使用單機進行操作的，可以在萬維網和因特網計算機環境下進行，參與者無須佩戴其他的設備，虛擬環境的效果也不如前面兩個。

2 虛擬現實技術的優勢

由于虛擬現實技術結合了現代化技術的各種優點，因此，在其技術的運用中，能夠充分發揮自身優勢。虛擬技術具有實時表達的功能，在任何實踐、環境中都可以虛擬環境變化，以便隨時反映出環境變化的具體過程，以此提供有效的、精確的、直觀的信息數據。虛擬現實技術需要與多臺計算機進行相連，通過多臺計算技術的相連可以呈現出三維立體空間的虛擬世界，因此虛擬現實技術可以表達出三維立體。此優勢可以實現多角度、多層面地呈現問題，便于人們對實物和現象進行更為細致地研究，不論是多小的差異，其技術都能生動地反映出來。此外，還能夠綜合其整體進行分析，預測事物的發展形態，使反映出來的結果全面、精確、細致。虛擬現實技術的發展，為各項研究提供了新的契機，明確了研究中的方向，提高了研究的效率和準確率。

3 虛擬現實技術在水文地質中的應用

3.1 含水層及地下流水的表達

地下水的含水層以及隔水層的厚度、空間變化、分布的情況對水文地質研究十分重要，虛擬現實技術利用其三維立體可視技術將含水層情況變化通過圖形、數據等方式，呈現在研究人員面前。在過去的研究中，研究者只能通過二維解剖圖和含水層或是隔水層的分布垂直面的特點進行分析，這樣的分析和研究并不能給予精確的數據。通過資料的輸入和虛擬現實技術的結合，地下水含水層的整個流向變化將真實立體地呈現在研究者面前，大大方便人們的觀察分析。此外，虛擬現實技術還能夠表達地下流水的變化情況和運動形態，將地下流水的流向特點、水流速度、水流量、地下水儲存變化精確形象地展示出來。人類對地下水的利用情況、含水系統的變化影響、邊界對地下水流的限制和作用等，都對水文地質的研究有很大的幫助。

3.2 水文地質環境的表達

隨著世界經濟和人口的快速發展，人們對淡水資源的利用越來越多，人們開始開發地下水資源，然而對地下水資源毫無節制地開發不僅會造成嚴重的地質水問題，還會影響人類的正常生活。由于人們過分地開采地下水資源，地下水含量急速減少、地面發生塌陷、土地沙漠化嚴重、水資源緊缺等問題日趨嚴重，影響人們的生活和居住。虛擬現實技術在水文地質研究工作的融合與應用，在傳統意義上能使不方便觀察或者難以見到的事物用三維的空間技術直觀地呈現出來，從而實現該技術的應用。因此水文地質工作必須對發生問題的地下水區域進行研究分析，預測地下水的含量和變化，及時地限制地下水資源的開發。虛擬現實技術能夠直觀地、及時地、準確地呈現當前地下水問題，實時監測水流變化，對即將發生問題的地下水發出預警，以便人們能夠及時預防并且補救，從而減少對環境的破壞［4］。比如借助虛擬現實技術，能把地下水水流運動的狀態用三維可視化技術形象地表現出來，然后工作人員可以通過這些數據建立水流虛擬模型，通過研究該模型，找出解決問題的合理方案，從而化簡工作流程。

3.3 實踐中水文地質模型的建立

虛擬現實模型的建立共有五大步驟，分別是虛擬現實數據庫的建立、三維地質模型的建立、地下水流模型的建立、專業模型的建立以及實時預測模型的建立。虛擬現實數據庫模型是根據實際特點以及虛擬要求建立其虛擬數據庫，其數據庫中含有海量的數據，因此數據庫中的數據精準度相當高，主要包括水流、地質變化、天象變化等。三維地質模型的建立是水文地質模型的基礎，它要求所有的地質問題都與水文問題相關聯。專業模型建立中的內容和問題要聯系實際情況，例如地面沉降、海水侵入、地下水轉移等，根據實際情況的發生建立專業的模型。實時預測模型建立的沉陷感及實時的技能不同于其他的計算機模型，能夠不限時間不限地點地實時預測水流的方向、含水量分層情況。五種模型的建立都有利于水文地質研究工作的進行，對現有的未知地質問題準確反應。

4 結語

虛擬現實技術的開發和應用給水文地質研究帶來了新的方向和契機，最早的虛擬現實技術的應用是在小規模區域的反應預測。隨著現代科技的不斷發展，虛擬現實技術被廣泛應用到水文地質研究中，有利于引導人們對地下水合理利用，為已經發生的水資源問題提供較好的緩解方案。雖然虛擬現實技術為水資源短缺和污染問題的解決和預測帶來新的機遇，但我們更應該從自身做起，從點滴做起，節約用水，防止水污染。

［1］吳戰克.虛擬現實技術在水文地質研究工作中的運用［J］.中國科技博覽，2014（15）：360-360.

［2］靳子棟.初探虛擬現實技術在水文地質研究中的應用意義［J］.河北企業，2014（4）：120-120.

［3］吳祝苗.關于虛擬現實技術在水文地質中的研究與實踐［J］.中國科技博覽，2013（11）：307-307.

［4］張洪明.探討虛擬現實技術在水文地質研究中的應用［J］.低碳世界，2013（11X）：238-239.