鄭春冰

（信陽市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 信陽 464000）

隨著地球的不斷開發(fā)和人口的增長(zhǎng)，水資源的短缺和污染問題日益嚴(yán)重，水是人類生活不可或缺的資源之一，水資源問題對(duì)人類的生活產(chǎn)生了巨大的影響。水文地質(zhì)的研究成為水資源保護(hù)及避免問題出現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展成為研究水文地質(zhì)的有效手段，極大地促進(jìn)了我國(guó)水文地質(zhì)工作的開展。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了解和分析，研究其先進(jìn)技術(shù)在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)水資源的利用有著重大的意義［1］。

1 什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又被稱為靈境技術(shù)（VRT），虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自身有著交互性、構(gòu)想性、沉浸性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)三種特性讓人機(jī)交換操作頁面變得更為簡(jiǎn)潔、方便、快速。此技術(shù)包含的技術(shù)復(fù)雜且全面，有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖形、新媒體技術(shù)、仿真、智能、傳感技術(shù)、高精處理技術(shù)等［2-3］。這些先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的融合運(yùn)用不僅能夠讓人類在虛擬世界中體會(huì)到真實(shí)的境界，更能對(duì)人類的感官認(rèn)知能力進(jìn)行模仿。當(dāng)機(jī)器和人類進(jìn)行語言或是手勢(shì)溝通時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造一個(gè)人性化、多維化的空間。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包括投入型虛擬環(huán)境、半投入虛擬環(huán)境和無投入虛擬環(huán)境三種。投入虛擬環(huán)境屬于操作者進(jìn)入虛擬三維世界類型，人類可以完全在虛擬世界里進(jìn)行研究探索，與虛擬世界里的物品進(jìn)行交換，和現(xiàn)實(shí)世界中的完全相同或者相似。操作者需佩戴立體數(shù)據(jù)頭盔、顯示手套和顯示數(shù)據(jù)服裝等設(shè)備，配套完整的設(shè)備可以讓操作者完全投入虛擬的世界，脫離現(xiàn)實(shí)世界。半投入虛擬環(huán)境需要操作者帶上立體眼鏡進(jìn)行體驗(yàn)，三維立體的圖像會(huì)在投影屏幕上顯現(xiàn)，并且不會(huì)因操作者視線的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變。無投入的虛擬環(huán)境是使用單機(jī)進(jìn)行操作的，可以在萬維網(wǎng)和因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)環(huán)境下進(jìn)行，參與者無須佩戴其他的設(shè)備，虛擬環(huán)境的效果也不如前面兩個(gè)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)代化技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，因此，在其技術(shù)的運(yùn)用中，能夠充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。虛擬技術(shù)具有實(shí)時(shí)表達(dá)的功能，在任何實(shí)踐、環(huán)境中都可以虛擬環(huán)境變化，以便隨時(shí)反映出環(huán)境變化的具體過程，以此提供有效的、精確的、直觀的信息數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要與多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相連，通過多臺(tái)計(jì)算技術(shù)的相連可以呈現(xiàn)出三維立體空間的虛擬世界，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以表達(dá)出三維立體。此優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)多角度、多層面地呈現(xiàn)問題，便于人們對(duì)實(shí)物和現(xiàn)象進(jìn)行更為細(xì)致地研究，不論是多小的差異，其技術(shù)都能生動(dòng)地反映出來。此外，還能夠綜合其整體進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)事物的發(fā)展形態(tài)，使反映出來的結(jié)果全面、精確、細(xì)致。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，為各項(xiàng)研究提供了新的契機(jī)，明確了研究中的方向，提高了研究的效率和準(zhǔn)確率。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

3.1 含水層及地下流水的表達(dá)

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(duì)水文地質(zhì)研究十分重要，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用其三維立體可視技術(shù)將含水層情況變化通過圖形、數(shù)據(jù)等方式，呈現(xiàn)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(diǎn)進(jìn)行分析，這樣的分析和研究并不能給予精確的數(shù)據(jù)。通過資料的輸入和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，地下水含水層的整個(gè)流向變化將真實(shí)立體地呈現(xiàn)在研究者面前，大大方便人們的觀察分析。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠表達(dá)地下流水的變化情況和運(yùn)動(dòng)形態(tài)，將地下流水的流向特點(diǎn)、水流速度、水流量、地下水儲(chǔ)存變化精確形象地展示出來。人類對(duì)地下水的利用情況、含水系統(tǒng)的變化影響、邊界對(duì)地下水流的限制和作用等，都對(duì)水文地質(zhì)的研究有很大的幫助。

3.2 水文地質(zhì)環(huán)境的表達(dá)

隨著世界經(jīng)濟(jì)和人口的快速發(fā)展，人們對(duì)淡水資源的利用越來越多，人們開始開發(fā)地下水資源，然而對(duì)地下水資源毫無節(jié)制地開發(fā)不僅會(huì)造成嚴(yán)重的地質(zhì)水問題，還會(huì)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(fā)生塌陷、土地沙漠化嚴(yán)重、水資源緊缺等問題日趨嚴(yán)重，影響人們的生活和居住。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在水文地質(zhì)研究工作的融合與應(yīng)用，在傳統(tǒng)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(shù)直觀地呈現(xiàn)出來，從而實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用。因此水文地質(zhì)工作必須對(duì)發(fā)生問題的地下水區(qū)域進(jìn)行研究分析，預(yù)測(cè)地下水的含量和變化，及時(shí)地限制地下水資源的開發(fā)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠直觀地、及時(shí)地、準(zhǔn)確地呈現(xiàn)當(dāng)前地下水問題，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流變化，對(duì)即將發(fā)生問題的地下水發(fā)出預(yù)警，以便人們能夠及時(shí)預(yù)防并且補(bǔ)救，從而減少對(duì)環(huán)境的破壞［4］。比如借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能把地下水水流運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)用三維可視化技術(shù)形象地表現(xiàn)出來，然后工作人員可以通過這些數(shù)據(jù)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(jiǎn)工作流程。

3.3 實(shí)踐中水文地質(zhì)模型的建立

虛擬現(xiàn)實(shí)模型的建立共有五大步驟，分別是虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫的建立、三維地質(zhì)模型的建立、地下水流模型的建立、專業(yè)模型的建立以及實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型的建立。虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫模型是根據(jù)實(shí)際特點(diǎn)以及虛擬要求建立其虛擬數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫中含有海量的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度相當(dāng)高，主要包括水流、地質(zhì)變化、天象變化等。三維地質(zhì)模型的建立是水文地質(zhì)模型的基礎(chǔ)，它要求所有的地質(zhì)問題都與水文問題相關(guān)聯(lián)。專業(yè)模型建立中的內(nèi)容和問題要聯(lián)系實(shí)際情況，例如地面沉降、海水侵入、地下水轉(zhuǎn)移等，根據(jù)實(shí)際情況的發(fā)生建立專業(yè)的模型。實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型建立的沉陷感及實(shí)時(shí)的技能不同于其他的計(jì)算機(jī)模型，能夠不限時(shí)間不限地點(diǎn)地實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)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(zhì)研究工作的進(jìn)行，對(duì)現(xiàn)有的未知地質(zhì)問題準(zhǔn)確反應(yīng)。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用給水文地質(zhì)研究帶來了新的方向和契機(jī)，最早的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用是在小規(guī)模區(qū)域的反應(yīng)預(yù)測(cè)。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到水文地質(zhì)研究中，有利于引導(dǎo)人們對(duì)地下水合理利用，為已經(jīng)發(fā)生的水資源問題提供較好的緩解方案。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為水資源短缺和污染問題的解決和預(yù)測(cè)帶來新的機(jī)遇，但我們更應(yīng)該從自身做起，從點(diǎn)滴做起，節(jié)約用水，防止水污染。

［1］吳戰(zhàn)克.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在水文地質(zhì)研究工作中的運(yùn)用［J］.中國(guó)科技博覽，2014（15）：360-360.

［2］靳子棟.初探虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用意義［J］.河北企業(yè)，2014（4）：120-120.

［3］吳祝苗.關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在水文地質(zhì)中的研究與實(shí)踐［J］.中國(guó)科技博覽，2013（11）：307-307.

［4］張洪明.探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用［J］.低碳世界，2013（11X）：238-239.