城市規劃領域的虛擬現實技術應用

王 飛

摘 要：三維虛擬技術由于在電腦上進行規劃設計，在設計的精準度和制圖的省時省力方面會創造出很高的效率，但最重要的是由它所提供的實時顯示性能以及互動交互技術，更使我們的城市規劃建設具有了高度的信息性和全民參與性，這使城市規劃領域能夠很好與其他領域進行連接，形成城市與城市、城市的各個領域間的信息互動圈，并且在進行城市宣傳和城市推廣的工作上能起到很好的反響效果，這無疑能夠非常好的推動城市經濟建設。

關鍵詞：城市規劃；虛擬現實技術；應用

中圖分類號：G710 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）04-0236-03

一、虛擬現實技術的介紹

1.什么是虛擬現實技術

隨著計算機技術的不斷發展，虛擬現實技術成為近年來計算機軟件技術的一項新興技術。由于虛擬現實技術的直觀性很強，能在電腦上進行模擬仿真，比平面圖像更能說明問題，并且更具有經濟性，即省時間由省人力，能夠廣泛的為各個領域所運用。可以說虛擬現實技術給社會發展帶來的便捷將使其能夠大顯其道，虛擬現實技術的運用也是近年來的發展方向。

虛擬現實技術按照維度虛擬程度的不同分為三維虛擬技術和全維度虛擬技術。全維度虛擬技術是目前國外在虛擬仿真領域的研究，其研究內容是使虛擬技術完全脫離三位維度而向一個全立體虛擬環境發展。中國目前運用最為廣泛的是三維虛擬技術。而三維虛擬技術的運用正是本文重點論述的內容。

三維虛擬技術屬于三維圖形技術行列。三維圖形技術分為兩大類，一是三維虛擬技術；二是三維動畫技術，兩者都用于模擬真實世界和想象世界。由于兩者的應用原理不同，其應用領域也大不相同。

三維動畫技術采用的是傳統的計算機動畫，采用關鍵幀的方式制作，先進行三維預渲染，得到了完整的三維動畫視頻之后利用播放器將動畫播放出來，所以三維動畫技術被廣泛運用于電影、廣告等預先設計好的演示。

在此我將重點論述三維虛擬技術在城市規劃領域的應用和研究，之所以以此作為論題是由于三維虛擬技術在城市規劃上的應用最為廣泛，隨著時代的不斷進步，社會對城市建設、城市規劃的要求越來越高。網絡社會的概念不斷加強，三維虛擬技術能夠更好更便捷的為我們城市規劃建設服務。這種技術適應了社會現代化的要求，使虛擬仿真技術很好地運用在城市規劃設計上，為我們的城市建設工作更加省時省力并且能更加全方位思考。在計算機平臺上進行虛擬操作可以從各個方位多個角度思考規劃方案，能從早期發現問題解決問題。

由于三維虛擬技術的虛擬仿真性，使其更多運用在城市規劃建設的工作中。這一技術的擴充性和延展性很強，通過我們的不斷研究能使其在城市建設領域以及城市建設的其他領域起到的作用不斷加大，為城市建設事業帶來更多收獲。

2.三維虛擬技術的發展歷程

三維虛擬技術屬三維行業領域。三維行業在中國的起步時間是上世紀九十年代。自98年看是到現今其經歷了一個擴張時期，這是三維行業在中國市場大放異彩。目前在中國的三維行業可以分為以下幾個分支：1、電影、廣告；2、游戲；3、電視包裝；4、城市建筑，其中以城市建筑領域的運用最早也最為廣泛。

最早的三維技術實現平臺是由美國的Autodesk公司開發的3d Studio Max軟件。此軟件是一款基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。早期的三維技術在中國建筑領域的運用由于技術原因有很大的局限性，三維技術只能實現建筑效果圖的繪制以及部分簡單的跑相機似的建筑動畫。隨著3D技術的不斷完善以及日益多元化的創作手段的出現，三維技術在建筑業所起的作用也日益增強。目前實現三維技術的主流軟件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三維技術的日益完善以及它所帶來的強大的經濟效應，三維虛擬技術的概念也日漸成熟。

三維虛擬技術是三維動畫技術的一種，與三維動畫技術的區別在于三維虛擬技術還具備三維動畫技術所沒有的實時性和交互性。三維虛擬技術是虛擬仿真技術的一種，是局限在三維空間之下的一種虛擬仿真，而虛擬仿真技術的另一種全維度虛擬仿真也被稱之為虛擬現實技術。這種技術出現在20世紀末期，它的出現引起了人們的廣泛關注。目前國外正在對此領域進行深入研究，我將在國外研究部分做出論述。

3.國內在虛擬仿真領域的研究以及存在問題

三維虛擬技術目前在建筑領域的運用有城市漫游動畫、建筑漫游動畫、房地產漫游動畫、小區瀏覽動畫、樓盤漫游動畫、三維虛擬樣板房、樓盤3D動畫宣傳片、地產工程投標動畫、建筑概念動畫、房地產電子樓書、房地產虛擬現實等動畫制作。

三維虛擬技術在我國城市規劃、城市建設的發展前景是不可估量的。由于三維虛擬技術的不斷發展，它既能帶給觀賞者身臨其境的感覺；又能模擬尚未實現或準備實施的項目的完成效果。從單一的幾何模型到復雜的動態形象，不論是道路、橋梁、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規劃、鄉村規劃、鄉村形象展示、數字化鄉村、虛擬鄉村、鄉村數字化工程、園區規劃、場館建設、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫院、數字校園建設等都可以通過三維虛擬技術得以實現。

由三維虛擬技術和現代信息科學技術帶給中國經濟的發展空間正在不斷壯大；由它們所帶來的科技化、信息化、智能化的城市虛擬空間將成為21世紀的信息主流源。

二、虛擬現實技術在城市規劃領域的應用

1.城市規劃簡述

城市規劃指的是一個城市在一段時期內的發展計劃的設定，它研究的是一個城市在未來的一個發展動向，這其中包含了對城市地區的合理布局、城市的各項工程建設的合理部署。它是城市建設和城市管理的重要組成部分，也是城市建設和城市管理的重要依據。一個城市的三個重要管理階段是:城市規劃、城市建設和城市運行，而城市規劃則是三個管理階段中的龍頭。

2.城市規劃領域使用三維虛擬技術的必要性

在這個以知識經濟為核心的信息時代，計算機科學技術已成為全世界公認的本世紀最主要和最核心的科學技術，它已滲透到社會生活的各個方面，影響和改變著人類的思維模式和行為模式。它在城市規劃和城市建筑領域的作用更是不容小覷，隨著網絡技術的不斷發展與成熟，計算機輔助設計技術在建筑行業中的應用得到了進一步普及。

在城市規劃領域使用三維虛擬技術的必要性將從兩個方面進行：①是從城市規劃建設方面來看對三維虛擬術應用的必要；②是從城市規劃管理方面來看對三維虛擬技術應用的必要。

①是從城市規劃建設方面來看對三維虛擬技術應用的必要首先，我們必須要了解城市規劃建設在設計上的設計內容。城市建設設計內容主要有：城市宏觀設計、城市中觀設計、城市微觀設計三個層次。

城市的宏觀設計指的是對城市的格局和形態的設計，具體為城市的整體分布、城市的功能組團、環境保護、土地利用等。在設計上更加注重城市的關鍵性特征和自然景觀構成。在進行城市宏觀設計時，評估的重點是看能否創造高素質城市環境和優美的城市視野，以此來鑒定城市宏觀設計的成功與否。

城市中觀設計是指設計城市空間與城市建筑之間的關系；具體內容有：用地布局、建筑設計、地標物建設、街道分等等，也就是城市的連接度與整體性、城市的體量與高度的設計。城市中觀設計的內容與宏觀設計的內容相輔相成，是中觀設計更加注重城市的視覺質量、人工建造物的城市角度和適宜度、城市整體輪廓與體量的協調、具體環境的設計與美化等。

在計算機運用上要解決城市建設視景的要求就必須要能再計算機上感官看見以上所說的宏觀、中觀、微觀三個層次的內容，具體而言就是：一是三維地形的顯現；二是城市密度、容積率的顯現；三是大面積三維建筑的顯現。四是能速重繪畫面進行實時仿真。而針對以上的要求，三維虛擬仿真技術都能夠一一實現，文章在前面具體分析了三維虛擬技術的技術性能。并且可以看出，目前來看運用三維虛擬技術進行城市規劃設計適應了時代性和科技性的趨勢。

下面我們看看三維虛擬技術在城市規劃建設上的具體應用。

三維虛擬技術在城市規劃建設上的具體應用按地形而分可以歸為三類：一是局部地區城市設計研究；二是大范圍城市問題研究；三是區域規劃研究。

一是局部地區城市設計研究

城市設計的核心是研究建筑形體和空間要素之間的關系協調，從對城市的環境表現、具體建筑形體刻畫、整體模型處理和后續功能研發等方面來看運用三維虛擬仿真技術在制作時再合適不過了。

我們針對城市商務中心區的設計研究來具體說明問題，城市商務中心區設計是屬于典型的城市局部地區設計，由于范圍不大，我們在選擇計算機種類時可以選擇中高檔PC機進行制作。

然后，我們再根據現有照片、地形原有的平面、立面等圖紙資料進行交通設施、環境小品的建模，在三維虛擬技術環境下能夠高仿真建模，并且設置VEGA的漫游環境、添加動態模型等工作，最后將制作出的模型文件調入VEGA完成漫游。

二是大范圍城市問題研究

以新城區建設為例，新城區的建設規劃范圍更加廣泛，在建立三維仿真時重點應在規劃功能的設計開發上。

針對新城區三維仿真的主要功能應該有：方案替換、模型修改（ 高度修改、位置調整等）、矢量規劃數據疊加分析、日照陰影分析。其中還包括目前的仿真軟件無法實現在漫游過程中的動態陰影的實現。

值得慶幸的是目前國內的以遙感為基礎的仿真軟件彌補了技術上的不足，運用此軟件不僅可以實現在固定觀測點上表現建筑在不同時間陰影變化的功能，而且也能夠實現地理屬性查詢。

三是區域規劃研究

在進行區域規劃的仿真時我們將遙感應用和三維仿真技術結合運用，這樣我們就可以實現建立以衛星影像為數據的城區漫游，在數字高程模型的基礎上進行區域地區漫游的制作，這樣既不影響對區域原有面貌的觀看，又能再此基礎上進行區域建設和改造，并且能實時對比，運作時即高效又準確，這樣的技術結合給我們的城市規劃提供了直觀而又客觀的分析手段。

②是從城市規劃管理方面來看對三維虛擬技術應用的必要

三維虛擬技術已經運用到城市建設的方方面面，城市規劃作為可視化技術需求最為迫切的領域之一,虛擬現實技術在其諸多方面有著廣泛的應用和發展前景，三維虛擬技術提供了非常直觀、準確、現時性強的城市規劃資料，這為城市建設發展、提高城市管理水平、提升城市規劃設計提供了強而有力的依據。

可以說，在城市規劃領域對三維虛擬技術的應用是時代的召喚、是技術的支持，三維虛擬技術是城市建設所必不可少的關鍵性技術。

三、從上海世博會對虛擬現實技術的運用來看未來虛擬現實技術在城市規劃領域的發展

1.上海世博會網上世博簡介

2010年的上海世博會區別于往屆世博會的最大不同就是此次上海世博會運用了虛擬現實技術實現了網絡同步的網上世博會。通過2008年中國北京奧運會場館的建設，中國的建筑漫游動畫創作的發展速度越來越快，并且在國內得到了廣泛的傳播。2010年上海世博會再次使中國的建筑漫游動畫得到發展和創新的機會。世博會的主題是：“城市，讓生活更美好”，伴著世博會的推廣，中國的建筑漫游動畫引起了社會各界的廣泛重視，使其得到飛速發展。更由于此次世博會的一大亮點是首次舉辦網上世博會，通過網上媒介，全面引入互聯網的傳播方式，采用交互設計和多媒體技術等手段，這更加體現出當下互聯網的強大以及建筑動畫漫游的進步神速。

2.網上世博會的緣起與構架

網上世博會，全稱網上中國2010年上海世博會，它是指通過互聯網技術、三維技術、多媒體技術，通過虛擬和現實相結合的方式把上海世博會上展示的內容呈現于互聯網上，搭建出一個能夠進行網絡體驗和實時互動的世博會網絡平臺。網上世博會是上海世博會的重要組成部分，是實體世博會的導引、補充與延伸，是上海世博會的兩大亮點之一。

能夠實現網上世博會這樣的創舉是由于網絡科技時代的蓬勃發展以及三維數字技術的不斷進步。網絡和三位數字技術的完美結合給予上海世博會全新的展現舞臺，使全球公眾突破了時空界限，使他們能夠全面參與世博，使我們中國的上海世博會實現了真正意義上的全球化。

首屆網絡世博會的三大主要特色是：三維展示、互動體驗以及全球共建。通過網上平臺吸引全球公眾參與世博會，使無法親臨食博會現場的觀眾借由網上平臺體驗世博會的精彩以及希望將上海世博會的盛舉作為非物質文化遺產長期保留，是舉辦此界網上世博會的三大原因。

網上世博會的架構由基礎平臺和網上展館兩部分構成。基礎平臺由組織者搭建，內容包括門戶網站、網上園區、基本功能等，網上展館則分為瀏覽型和體驗型兩類展館。瀏覽館具備基本瀏覽和展示的功能，它是以實體展館為原型，通過文字、圖片、音頻、視頻、動畫等方式進行三維展示，瀏覽型展館由組織者為需要援助的參展方免費開發。體驗館是瀏覽館的增強版，瀏覽型展館在以瀏覽和展示為基本功能的基礎上，可實現其它更加豐富的功能和特效，網上參觀者可以得到更生動的互動和體驗。參展者還可以建設實體世博會中不具有的虛擬拓展空間和展項，利用更豐富的虛擬技術及手段延伸和拓展參展方網上展館所希望表達的意境和理念。二者相輔相成，完美呈現網上的世博會。

與普通網站相比，網上世博會的區別在于它能夠提供給觀眾全面的三維視覺體驗，網頁游客能夠主動操控三維圖像的角度。網上世博會的整個展示內容其中包括，世博園區、世博園片區、展館外觀、展館內景以及主要展項等都將進行三維數字化的制作。

與普通網站的最大區別在于網上世博會可以將組織者的建設內容和參展者的建設內容二者共存于一個平臺之上。也就是說網上世博會具有“全球共建”的特點。

3.三維數字化技術實現了網上世博

由于虛擬現實技術的先進性，使實體世博園區中的建筑、道路、綠化、設施等通過三維虛擬技術在網絡上實現了虛擬再現。在網上模擬的天空、云彩、太陽、燈光、裝飾、材質等效果通過CG技術在制作，使模擬效果很好地接近真實場館的場景。展現在網上游客眼中的每一個場景都是一個三維的空間，參觀者只需要通過鼠標和鍵盤操作就能夠輕松實現旋轉、升高降低的操作，在進行鳥瞰時也也可以通過放大、縮小來調整的場景范圍，獲得全方位的空間體驗。展項展示是網上世博會的有一大亮點，通過網絡，游客能夠進入場館和展項發生近距離的互動，游客可以多角度觀察或“觸摸”展項，特別是一些實體世博會現場不能觸碰的展項，在網絡上可以實現參觀者的觸碰愿望。參觀者還可以自由的旋轉縮放感興趣的物品，同時還可以通過圖片文字、動畫、FLASH等多種數字媒體形式了解到對展項的知識性介紹。不僅如此，游客可以在C/S上通過系統提供的部件，組裝個性化的展項，讓其它游客看到自己的作品，并且發表點評。

網上世博會的虛擬拓展空間可以由參展者根據自己的意念記性無限制的設計開發，由于不受現實空間的限制，參觀者可以延伸和拓展實體展館所希望表達的理念和意境，虛擬展項為參展者的主題演繹提供了進一步發揮的空間。