水文地质研究中虚拟现实技术的应用研究

郑春冰

（信阳市水利勘测设计院，河南 信阳 464000）

随着地球的不断开发和人口的增长，水资源的短缺和污染问题日益严重，水是人类生活不可或缺的资源之一，水资源问题对人类的生活产生了巨大的影响。水文地质的研究成为水资源保护及避免问题出现的关键环节。虚拟现实技术的发展成为研究水文地质的有效手段，极大地促进了我国水文地质工作的开展。对虚拟现实技术进行了解和分析，研究其先进技术在水文地质研究中的应用，对我国水资源的利用有着重大的意义［1］。

1 什么是虚拟现实技术

虚拟现实技术又被称为灵境技术（VRT），虚拟现实技术自身有着交互性、构想性、沉浸性，虚拟现实技术三种特性让人机交换操作页面变得更为简洁、方便、快速。此技术包含的技术复杂且全面，有计算机网络图形、新媒体技术、仿真、智能、传感技术、高精处理技术等［2-3］。这些先进科学技术的融合运用不仅能够让人类在虚拟世界中体会到真实的境界，更能对人类的感官认知能力进行模仿。当机器和人类进行语言或是手势沟通时，虚拟现实技术还能在此基础上创造一个人性化、多维化的空间。虚拟现实技术包括投入型虚拟环境、半投入虚拟环境和无投入虚拟环境三种。投入虚拟环境属于操作者进入虚拟三维世界类型，人类可以完全在虚拟世界里进行研究探索，与虚拟世界里的物品进行交换，和现实世界中的完全相同或者相似。操作者需佩戴立体数据头盔、显示手套和显示数据服装等设备，配套完整的设备可以让操作者完全投入虚拟的世界，脱离现实世界。半投入虚拟环境需要操作者带上立体眼镜进行体验，三维立体的图像会在投影屏幕上显现，并且不会因操作者视线的转变而转变。无投入的虚拟环境是使用单机进行操作的，可以在万维网和因特网计算机环境下进行，参与者无须佩戴其他的设备，虚拟环境的效果也不如前面两个。

2 虚拟现实技术的优势

由于虚拟现实技术结合了现代化技术的各种优点，因此，在其技术的运用中，能够充分发挥自身优势。虚拟技术具有实时表达的功能，在任何实践、环境中都可以虚拟环境变化，以便随时反映出环境变化的具体过程，以此提供有效的、精确的、直观的信息数据。虚拟现实技术需要与多台计算机进行相连，通过多台计算技术的相连可以呈现出三维立体空间的虚拟世界，因此虚拟现实技术可以表达出三维立体。此优势可以实现多角度、多层面地呈现问题，便于人们对实物和现象进行更为细致地研究，不论是多小的差异，其技术都能生动地反映出来。此外，还能够综合其整体进行分析，预测事物的发展形态，使反映出来的结果全面、精确、细致。虚拟现实技术的发展，为各项研究提供了新的契机，明确了研究中的方向，提高了研究的效率和准确率。

3 虚拟现实技术在水文地质中的应用

3.1 含水层及地下流水的表达

地下水的含水层以及隔水层的厚度、空间变化、分布的情况对水文地质研究十分重要，虚拟现实技术利用其三维立体可视技术将含水层情况变化通过图形、数据等方式，呈现在研究人员面前。在过去的研究中，研究者只能通过二维解剖图和含水层或是隔水层的分布垂直面的特点进行分析，这样的分析和研究并不能给予精确的数据。通过资料的输入和虚拟现实技术的结合，地下水含水层的整个流向变化将真实立体地呈现在研究者面前，大大方便人们的观察分析。此外，虚拟现实技术还能够表达地下流水的变化情况和运动形态，将地下流水的流向特点、水流速度、水流量、地下水储存变化精确形象地展示出来。人类对地下水的利用情况、含水系统的变化影响、边界对地下水流的限制和作用等，都对水文地质的研究有很大的帮助。

3.2 水文地质环境的表达

随着世界经济和人口的快速发展，人们对淡水资源的利用越来越多，人们开始开发地下水资源，然而对地下水资源毫无节制地开发不仅会造成严重的地质水问题，还会影响人类的正常生活。由于人们过分地开采地下水资源，地下水含量急速减少、地面发生塌陷、土地沙漠化严重、水资源紧缺等问题日趋严重，影响人们的生活和居住。虚拟现实技术在水文地质研究工作的融合与应用，在传统意义上能使不方便观察或者难以见到的事物用三维的空间技术直观地呈现出来，从而实现该技术的应用。因此水文地质工作必须对发生问题的地下水区域进行研究分析，预测地下水的含量和变化，及时地限制地下水资源的开发。虚拟现实技术能够直观地、及时地、准确地呈现当前地下水问题，实时监测水流变化，对即将发生问题的地下水发出预警，以便人们能够及时预防并且补救，从而减少对环境的破坏［4］。比如借助虚拟现实技术，能把地下水水流运动的状态用三维可视化技术形象地表现出来，然后工作人员可以通过这些数据建立水流虚拟模型，通过研究该模型，找出解决问题的合理方案，从而化简工作流程。

3.3 实践中水文地质模型的建立

虚拟现实模型的建立共有五大步骤，分别是虚拟现实数据库的建立、三维地质模型的建立、地下水流模型的建立、专业模型的建立以及实时预测模型的建立。虚拟现实数据库模型是根据实际特点以及虚拟要求建立其虚拟数据库，其数据库中含有海量的数据，因此数据库中的数据精准度相当高，主要包括水流、地质变化、天象变化等。三维地质模型的建立是水文地质模型的基础，它要求所有的地质问题都与水文问题相关联。专业模型建立中的内容和问题要联系实际情况，例如地面沉降、海水侵入、地下水转移等，根据实际情况的发生建立专业的模型。实时预测模型建立的沉陷感及实时的技能不同于其他的计算机模型，能够不限时间不限地点地实时预测水流的方向、含水量分层情况。五种模型的建立都有利于水文地质研究工作的进行，对现有的未知地质问题准确反应。

4 结语

虚拟现实技术的开发和应用给水文地质研究带来了新的方向和契机，最早的虚拟现实技术的应用是在小规模区域的反应预测。随着现代科技的不断发展，虚拟现实技术被广泛应用到水文地质研究中，有利于引导人们对地下水合理利用，为已经发生的水资源问题提供较好的缓解方案。虽然虚拟现实技术为水资源短缺和污染问题的解决和预测带来新的机遇，但我们更应该从自身做起，从点滴做起，节约用水，防止水污染。

［1］吴战克.虚拟现实技术在水文地质研究工作中的运用［J］.中国科技博览，2014（15）：360-360.

［2］靳子栋.初探虚拟现实技术在水文地质研究中的应用意义［J］.河北企业，2014（4）：120-120.

［3］吴祝苗.关于虚拟现实技术在水文地质中的研究与实践［J］.中国科技博览，2013（11）：307-307.

［4］张洪明.探讨虚拟现实技术在水文地质研究中的应用［J］.低碳世界，2013（11X）：238-239.