鄭春冰

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

隨著地球的不斷開(kāi)發(fā)和人口的增長(zhǎng)，水資源的短缺和污染問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(kāi)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(yè)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(yǔ)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(wú)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(wú)投入的虛擬環(huán)境是使用單機(jī)進(jìn)行操作的，可以在萬(wàn)維網(wǎng)和因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)環(huán)境下進(jìn)行，參與者無(wú)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(guò)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(guò)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(wèn)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(lái)。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(lái)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(guò)圖形、數(shù)據(jù)等方式，呈現(xiàn)在研究人員面前。在過(guò)去的研究中，研究者只能通過(guò)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(guò)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(lái)。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(lái)越多，人們開(kāi)始開(kāi)發(fā)地下水資源，然而對(duì)地下水資源毫無(wú)節(jié)制地開(kāi)發(fā)不僅會(huì)造成嚴(yán)重的地質(zhì)水問(wèn)題，還會(huì)影響人類的正常生活。由于人們過(guò)分地開(kāi)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(wèn)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(jiàn)到的事物用三維的空間技術(shù)直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，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(wèn)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(kāi)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(wèn)題，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流變化，對(duì)即將發(fā)生問(wèn)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(lái)，然后工作人員可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)建立水流虛擬模型，通過(guò)研究該模型，找出解決問(wèn)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(kù)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(kù)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(kù)，其數(shù)據(jù)庫(kù)中含有海量的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫(kù)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(wèn)題都與水文問(wèn)題相關(guān)聯(lián)。專業(yè)模型建立中的內(nèi)容和問(wèn)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(wèn)題準(zhǔn)確反應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用給水文地質(zhì)研究帶來(lái)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(wèn)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(wèn)題的解決和預(yù)測(cè)帶來(lái)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.