多軟件結合的城市規劃仿真教學初探

摘 要 本文主要分析了多軟件結合的方式在城市規劃方針教學過程中的應用，以發現這些教學軟件存在的問題，并對實驗室仿真技術平臺建設進行了探討。其中3ds max主要為制作直觀性的三維效果圖，AutoCAD主要為制作平面效果圖，Photoshop可以在精美平面效果圖的基礎上對三維效果圖進行后期的處理與修飾，另外Multigen Creator與Vega在三維模型創建與場景管理方面有很好的處理效果，這些軟件相結合對于規劃圖紙的效果起到決定性的作用。虛擬現實（VR）技術通過對高新技術的利用，分析了虛擬環境下的建模應用，有效促進了城市規劃的整體性和美感性。

關鍵詞 多軟件；城市規劃；仿真；教學

近年來，隨著經濟的發展，中國一些大中城市及沿海城市也出現了迅速發展的趨勢，一些傳統的城市規劃模型已經不能與現代化城市發展相融合，因此本文以虛擬現實技術為切入點，分析了目前虛擬現實技術在城市規劃和仿真中的應用。計算機輔助設計用于城市規劃主要包括計算機輔助繪圖，而關于輔助設計、場地分析與規劃等則相對較少[1]，這一方面是由于學科的復雜性決定的，另一方面就表現在目前還缺乏一個相對權威的權計算機輔助城市規劃的設計軟件。

1.規劃仿真教學軟件分析

1.1 3ds max

3ds max（3D Studio Max）是一種高級的三維動畫軟件，主要構成包括靜態與動態兩部分[2]。其中靜態的部分主要負責3D完美效果圖的制作，而動態的部分則主要用于對動畫模擬空間及一些三維動畫的制作。在城市規劃方針教學與設計中通常會使用3dx max制作一些比較精美的效果圖，比如多視點的鳥瞰圖、局部的透視圖、頂視圖及虛擬空間動畫或者環境表現圖等。

1.2 Auto CAD

Auto CAD主要用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔及一些基本的三維設計[3]。近年來，Auto CAD在城市規劃的設計中的內容涉及到總體規劃、分區規劃、園林景觀規劃、控制性詳規等方面，以小區規劃為例，Auto CAD首先將規劃的草案輸入到計算機中經過軟件識別與分析，然后修改完善，繪制出平面圖，并在此基礎上，將結構分析圖、道路、綠化景觀、給排水規劃及電力通訊規劃圖等設計出來。

1.3 Photoshop

Photoshop是集圖像掃描、編輯修改、廣告創意、圖像制作、圖像輸入與輸出于一體的圖形圖像處理軟件，通常CAD圖紙中的色彩相對單調、死板，而Photoshop則可以任意的將CYMK9和RGB中的各種色彩比重進行調節從而獲得設計中所需要的顏色[4]。Photoshop軟件中包含了眾多的噴槍工具及漸變模式，同時能夠插入多種配景，提高了規劃圖紙的美感。

1.4 Multigen Creator

Multigen Creator是一種三維、交互式的實時建模軟件，其主中MultiGen是一種層次結構可視的數據庫，而Creator則提供了一種可視化的工作環境。Multigen的主要功能在于分析如何生成能夠真實反映大面積地形地貌的環境類型，從而提高模型的實時性。Multigen Creator的主要工作目標是將建模工具有效反映給三維仿真開發的設計人員，另外其多個三維試點可視的圖像格式還可以方便有效的提取數據。

2.實驗室教學仿真技術平臺

城市規劃專業的某些教學課程內容需要通過現場進行制作模型或者用真實的產品輔助進行，因此需要實驗室平臺的支持，在實驗室建設中需要突出城市規劃專業要求，從而有效促進教學理論與實踐的結合。在實際教學過程中，可以組織學生在實驗室內進行計算機的模擬實踐聯系，不斷豐富學生視野，拓展學生實踐的空間。實驗室實驗平臺一方面可以提高學生的實踐能力，另一方面還能夠有效縮短城市規劃專業畢業學生在進入工作崗位后的磨合期，提高人才質量，提升人才素質。

目前山東藝術學院在城市規劃專業的課程教學過程中，積極開展情境仿真教學，根據城市規劃專業建立了三個實驗室，分別是動畫虛擬仿真、規劃仿真設計與數字城市仿真實驗室等多個模型制作室與電腦機房。有效保證了城市規劃專業對計算機輔助設計教學的要求。另外教師在實際教學過程中，通過仿真實驗教學，在向學生傳授城市規劃基礎知識理論的過程中，提高了學生運用計算機進行三維空間仿真模擬設計的能力。

3.實例分析

虛擬現實技術在城市規劃和仿真的研究中，能夠將規劃方案有效定位在虛擬的環境中，并考慮到這些方案對實際環境的影響，進而對方案進行科學評價。另外用戶也可以在虛擬的環境中感受到空間設計是否合理，進而根據自身的需要提出建議或者發現問題，從而避免在實際的建造中對物資的浪費，提高了城市規劃的可靠性，縮短了城市規劃的時間。以X科技園區為例，采用VR技術模擬漫游系統，分析如下。

3.1 系統的硬件平臺分析

在整個園區內部，綠化精細，建筑物也比較多，紋理量很大，系統硬件采用SGI ONYX2超級圖形工作站，ONYX2超級圖形工作站是目前圖形圖像處理的最高端產品，速度很快，其硬件性能十分優秀，能夠進行大運算量可視化的計算[5]。這一系統有CC-NUMA體系結構及可視化的流水線，因此能夠將其強大的計算能力和圖形性能進行結合，并進行大場景范圍的實時仿真，從而獲得交互式視覺仿真。采用這種技術在XX科技園區的開發中實現了園區內漫游系統、色彩逼真、圖像流暢的效果，達到了相對較高的仿真水平。

3.2 系統的軟件平臺分析

虛擬現實技術在近年來獲得了長足的發展，一些商品化的虛擬環境漫游軟件也不斷出現，比如Performer、OpenGL、Vega，以及WTK（Sun J2ME Wireless Toolkit —— Sun的無線開發工具包）、OpenGVS等。

本實例設計主要是采用Creator-Pro進行三維建模，場景漫游驅動采用Vega的Lynx。其中CreatorPro能夠對Open Flight數據格式進行優化，具有強大的矢量建模和多邊形建模功能，從而生成實時的三維數據庫，并與后續的實時仿真軟件結合。Lynx能夠實現三維模型調入、窗口可視、多種欲動模式定位和特殊效果顯示等的實現，從而形成科技園區內的局部場景設計。

3.3 實際設計分析與研究

XX科技園區在城市主次干道之間，虛擬現實系統主要是在單體設計及規劃方案的基礎上進行的。首先采用ArcGIC技術根據等高線建立其原始地形的數字高程模型，在結合當地地形，最大化減少填挖量的基本原則基礎上，進行了多種方案的規劃設計，為建筑基地準備了合適高程的臺地。之后采用Creator建立了虛擬對象三維模型，從而建立了模型庫。

另外XX科技園區的虛擬動畫場景主要是采用SiteBiulder技術實現的，因為模型庫中關于多種建筑單體，包括數目模型等都有很多儲存，因此在ArcGIS視圖中，準備了多種布局方案，所以有多種虛擬科技園區的場景方案，每更換一種方案僅花費幾分鐘，因此其交互性效果相對較好。可以說，科技園區的虛擬現實系統有效保證了最優化的設計方案及施工設計的實現。

4.結論

隨著虛擬現實技術的不斷發展，其在城市規劃與城市仿真中的應用范圍也得到了進一步的擴大，本文從規劃仿真教學軟件分析入手，通過對3ds max、AutoCAD、Photoshop、 Multigen Creator和Vega等軟件的分析，并結合實驗教學平臺和X科技園區內實行的漫游系統，討論了虛擬漫游系統中有關數據庫的構建、多邊形數量的優化和遠景設置等方面的問題，使整個系統畫面的仿真性及逼真度均達到了相對高的水平，體現了虛擬現實技術在城市規劃仿真中的作用。

參考文獻：

[1] 張磊，鄭冰.基于VegaPrime的城市規劃仿真系統設計[J].微計算機信息，2008，24（13）:221-223.

[2] 黃麗娜，費立凡，龐前聰等.城市規劃仿真審批系統開發——以海口市三維仿真規劃審批系統為例[J].測繪信息與工程，2007，32（1）:18-20.

[3] Coutts， AM，Beringer， J，Tapper， NJ et al.Investigating the climatic impact of urban planning strategies through the use of regional climate modelling: a case study for Melbourne， Australia[J].International Journal of Climatology，2008，28（14）:1943-1957.

[4] 宋小冬.計算機景觀仿真技術的實用性、可推廣性[J].城市規劃，2003，27（8）:25-27，32.

[5] 黃曉春，茅明睿，王碧輝等.虛擬現實技術在城市仿真規劃中的應用[C].//數字測繪與數字城市建設技術研討會論文集.2009:143-145.