基于Ｖｅｇａ的城市規(guī)劃仿真系統(tǒng)的技術(shù)研究

包雪峰　劉興彥　劉　陽　劉世彬

摘要：本文對城市規(guī)劃仿真系統(tǒng)中的城市數(shù)據(jù)獲取與模型構(gòu)建提出了設(shè)計方法。并在Vega軟件中集成，實現(xiàn)了城市全景的視景仿真驅(qū)動，從而為城市規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供了可靠保證。

關(guān)鍵詞：三維建模；Creator；Vega

中圖分類號：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得城市規(guī)劃建設(shè)的三維可視化得以迅猛發(fā)展，目前國內(nèi)外普遍采用MultiGen Creator／Vega來進行三維景觀設(shè)計。這是因為Creator包括一套綜合的強大建模工具，具有精簡、直觀的交互能力。

2城市數(shù)據(jù)的獲取

2.1基礎(chǔ)地形信息的獲取與處理

基礎(chǔ)地形信息在三維數(shù)字城市系統(tǒng)里是非常重要的。為了快速準(zhǔn)確地制作地形，通常在AutoCAD中構(gòu)建。但當(dāng)對地形的精度要求不是特別高時，可以采用下面介紹的快速制作地形方法。

利用頂視圖導(dǎo)入垂直的俯視地形圖作背景。用Line勾劃出各個分地形輪廓，用修改器中的Extrude將不同的輪廓先按需要輸入不同的量，最后賦予如湖泊、草地、路面等不同貼圖，這樣做可以既快速又準(zhǔn)確地完成地形的構(gòu)造。

2.2建筑物數(shù)據(jù)的獲取

(1)基于二維數(shù)據(jù)的建模

建筑物的數(shù)據(jù)主要包括平面數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，平面數(shù)據(jù)是建筑物的長和寬，通過二維平面布置圖或測量的方法得到。高度數(shù)據(jù)可以通過圖片或測量的方法得到。由于我們最終要體現(xiàn)的是城市的整體概貌，所以對數(shù)據(jù)精度要求不是很高。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)可直接在Creator中建模。或在Au-toCAD、3D max中建模，然后導(dǎo)入Creator里面。

(2)基于三維模型的導(dǎo)入轉(zhuǎn)換

Auto CAD、3D D3ax等是目前常用的三維建模軟件，由于某些建筑物的模式比較固定，故我們可以在已有的模型庫中尋找。然后貼上所需的紋理。這樣不僅可以大大地縮短建模時間。并可以提高建模質(zhì)量。但找到的模型未必是Creator模型，這就需要轉(zhuǎn)入到Creator中，通過編輯減少不需要的多邊形、合并面、消去T點(即兩個共面多邊形其相交的頂點沒有重合)。來精簡模型。得到我們所需的模型。

2.3紋理數(shù)據(jù)的獲取

可利用數(shù)碼相機對建筑物的各個側(cè)面拍攝，然后輸入計算機內(nèi)再利用Photo-shop等圖像處理軟件對其進行糾偏、縮放、匹配等的處理并轉(zhuǎn)換成所需的紋理格式。這樣可以再現(xiàn)該建筑的原貌。為了在Vega中實現(xiàn)的需要，必須對紋理作嚴(yán)格的要求，所以在Creator中對紋理圖像作以下處理：

(1)紋理的格式：將紋理文件轉(zhuǎn)換成Vega中支持的文件格式：RGB、RGBA、INT，TNTA、BMP、JPG。

(2)紋理的大小：將紋理的長和寬修改成Vega中所規(guī)定的長度——2的n次方。需要注意的是Creator支持的最大紋理尺寸不能超過4096×4096個平方紋理單元。

(3)文件名中帶a的紋理：如果在RGB文件中包含了a值。則文件的后綴名必須是RGBA才能在Vega中正確顯示。

3城市三維模型的構(gòu)建

利用Multigen Creator實現(xiàn)城市全景的建模，實時性、逼真性、低耗性是評價模型是否成功構(gòu)建的重要標(biāo)志。建立大場景時。通常把整體場景分成若干小塊進行建模，然后在總圖中采用外部引用技術(shù)，這樣做有利于大場景的整合和編輯以及多人的協(xié)同工作。

3.1建筑單體的建模

在城市仿真模型中，構(gòu)造房屋是主要的工作之一。在一個城市里，建筑物是最多的也是最重要的。雖然現(xiàn)代的建筑形狀千奇百怪。但箱體式建筑是最具代表性的形狀。以箱體建筑為例介紹其建模過程。將建筑物的位置準(zhǔn)確定位，利用Face中的Polygon命令為建筑物構(gòu)建地基面；以建筑物的高程為基準(zhǔn)，利用Geometrys設(shè)計建筑物的造型，構(gòu)建仿真的建筑物模型。如果一幅圖中有多個建筑物，構(gòu)建時最好要以不同的顏色來區(qū)分，有利于利用層次結(jié)構(gòu)圖進行修改和貼紋理。其他的道路、花壇、綠地等地物的建模與建筑物的建模基本一致。本文將不再分別闡述。

3.2地形、地貌的建模

用Creator的地形(Terrain)工具，將源數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星照片和數(shù)字高程數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)成Creator的文件格式并用這些文件在Cre-ator中創(chuàng)建地表。源數(shù)據(jù)還包括特征數(shù)據(jù)。也能轉(zhuǎn)化并引入到Creator中，用來在地形上加入文化特征，如道路和建筑物等。

用Creator的建模(Modeling)工具，可以手工創(chuàng)建三維模型。并且。可對地形、特征、模型加入如顏色、材質(zhì)、紋理等以使其更真實。所有的這些元素：地形、特征、模型和各種屬性，組成了Creator視景數(shù)據(jù)庫。

3.3環(huán)境小品的建模

在城市的仿真系統(tǒng)中。各種環(huán)境小品的模型是必不可少的。如樹木、電話亭、垃圾箱、車輛、路燈都有一些共同的特點，重復(fù)性高，建模時應(yīng)該用盡可能少的面，所以這類模型在建立時主要用二維的模型結(jié)合透明貼圖來創(chuàng)造三維模型效果。即用貼圖來代替細(xì)節(jié)模型，但要注意模型的屬性，最好設(shè)置圍繞視點旋轉(zhuǎn)，這樣無論從哪個角度瀏覽，都可以看到整個物體，從而達(dá)到效果逼真、事半功倍的目的。

4系統(tǒng)Vega集成

首先，啟動Vega軟件，進入Lynx用戶界面。利用Vega開發(fā)平臺和工具集，通過編程可以開發(fā)出具有實時性、交互性的應(yīng)用程序，用戶可以通過鼠標(biāo)和其他設(shè)備操縱，從各個不同的角度觀看物體。就好像你把物體拿在手中任意翻轉(zhuǎn)一樣；同時還可以選擇不同的操作模式，如高空飛行、地面行走、按固定路徑運動等等。通過控制鼠標(biāo)和其他設(shè)備，可以從各個方向以不同的運動模式來觀看周圍的景色，就如同站在一個景點的中央環(huán)繞四周一樣，有身臨其境的感覺。