虛擬現實技術實時輔助城市規劃設計初探

李志峰

摘 要：虛擬現實技術與城市規劃設計的有機結合不僅可以實現對設計工作質量的有效提升，同時可以實現對設計質量的保障。沉浸感以及交互作用是虛擬現實技術的顯著特征，3D建模技術以及動態繪制技術等是虛擬技術的重要組成部分，這不僅對城市規劃設計工作自身發展有促進作用，同時對社會以及經濟發展有積極意義。

關鍵詞：虛擬現實技術；實時輔助；城市規劃設計

虛擬現實技術是一項可以幫助使用者實現親身體驗的一種技術，通過計算機的仿真系統對信息世界進行虛擬創建，這對實現多源信息的有效結合有極大的促進作用，同時可實現對三維動態視景以及實體行為的創建。城市規劃對城市發展有直接影響，因此為在真正意義上促進城市發展，必須實現對城市的合理規劃。高效便捷是虛擬技術的顯著優勢與特征，在實際開展城市規劃設計時可對虛擬現實技術進行利用，這可以實現設計師以及審核人員對設計結果的直觀體驗，對成城市規劃設計方案的優化與完善有極大的促進作用。

一、虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術主要包括兩個基本要求，分別為沉浸感與交互作用。沉浸感可將身臨其境的感覺提供給使用者，這對系統的技術措施有較高要求，不僅需要對是視覺、聽覺以及嗅覺等進行滿足，同時需要對感官形式進行全方位的滿足，最終實現虛擬世界的有效創建。交互作用是指使用者與虛擬世界之間存在不可分割的密切關系，使用者的行為會對虛擬世界產生影響，同時虛擬世界也會將這種影響反饋給使用者。經過不斷的實踐與發展，虛擬技術已經取得不小的進步，但在實際應用方面還是存在相應的缺陷，這需要我們進行不斷的努力與磨合。城市在不斷發展與進步，相對的規劃調整方案也需要進行不斷的調整，以實現二者相互適應的目標，這會促使虛擬技術朝不斷完善方向發展。

應用效果顯著是虛擬技術與城市設計規劃的顯著特點，設計師為實現對設計效果的真實體驗，必須對虛擬技術進行科學合理的運用，這可從根本上對空間設計的合理性進行保障。其他審核人員以及城市居民也可通過虛擬技術實現對城市設計規劃的真實體驗，以便于提出意見以及建議實現城市規劃設計工作的完善與優化，最終實現在保證城市設計質量的基礎上提升工作效率的目標。虛擬現實技術以及城市規劃設計需要多種結束協調完成，我們主要將其總結為以下幾點并進行仔細分析。

（1）3D建模技術。幾何建模以及行為建模是3D建模技術的重要組成部分，同時也是實現虛擬世界創建的基礎與前提，為在真正意義上實現對三維模型的有效建立，必須對設計部門提供的信息進行科學合理的建立。

（2）實時動態描繪技術。為實現對方位畫面的有效創建必須對該項技術進行利用。處理量極大以及難度較高是該項技術的顯著特征，但可以實現對環境的真實體驗。

（3）人及自然交互技術，能夠消除人與虛擬世界之間的界限，以視覺、觸覺、聽覺等多種形式讓使用者真實感受到虛擬世界，并且對其產生真實的影響。

（4）立體顯示和傳感器技術，利用全息技術能夠真實還原物體的三維信息，逼真效果更佳，再通過傳感器技術讓使用者獲得真實的感知。

二、虛擬現實技術實時輔助城市規劃設計的具體流程

1.獲取城市規劃設計信息

一般情況下虛擬現實技術在城市規劃中的應用，都是以相關設計院與專業的VR技術公司合作的形式進行的，所以首先VR技術部門需要先了解虛擬世界創新的一些基本信息。以廣州珠江新城的城市仿真系統為例，珠江新城連接著廣州越秀區、海珠區和天河區，地理位得天獨厚，交通便利，在規劃設計方案中，該地區被劃分為以居住為主的東區和以商務辦公為主的東區。在了解這些信息時，需明確該區域城市規劃的空間設計，以及相關標志建筑物的地理位置，然后結合當地的地形地籍信息、規劃設計方案建立三維模型。

2.選擇合適的VR系統

在城市規劃設計中應用的虛擬現實技術系統的組成部分為：①硬件系統，包括服務器、工作站等形式的計算機平臺，頭盔、立體眼鏡等形式的顯示系統，以及虛擬音效系統、交互設備系統等虛擬外設；②軟件系統，包括建模軟件和演示軟件。根據城市規劃設計質量的要求選擇合適的VR系統，配置合適的開發工具，一般為了保證虛擬世界的運行效果，會選擇較高的配置。

3.具體數據信息的采集轉換

虛擬世界的創建，其實就是將真實的場景轉化為數字化信息，再將這些信息轉化為仿真場景的過程。因此，在城市規劃設計中建立虛擬世界，首先需要獲取大量的真實測繪信息，采用航拍等方式獲取真實影像并通過相關測繪軟件轉化提取出模型數據信息，包括各個區域的建筑模型地理位置及相關屬性數據，然后將這些信息分門別類，輸入VR軟件技術系統中。

4.虛擬場景建模及渲染

在收集到足夠的建模信息后，就可以開始建立虛擬的場景，利用專業的虛擬形式建模語言VRML解決實景建模問題，制作大量的以建筑物為主體的是三維實體模型，然后利用Multi Gen Crestor軟件生成實體的紋理、質地、光影變化等三位效果，讓實體模型在視覺效果上更加真實。三維效果是確保場景真實性的必要因素，而且隨著使用者視角的變化這些效果也應該隨之改變，這樣能夠提升虛擬世界的沉浸感，消除使用者與虛擬世界之間的隔閡。

5.虛擬環境的合成調試及漫游

在最終階段，需要對虛擬世界的漫游系統進行調試，然后再調整相關的使用設備，比如說投影屏幕和頭盔等。在這一階段，技術人員通常會讓設計師或者是找一些群眾體驗一下，抗是否在感官上有異常的或者不真實的感覺，不斷調試，設置最佳的感官路線，確定最佳的創建方案。

基于VR平臺的專業分析對于城市規劃設計的意義是顯而易見的，但是，目前已有的VR軟件所能提供的城市規劃專業分析功能還非常有限。這種情況是由很多原因造成的，其一是與大多數的VR軟件為通用軟件而非專門面向城市規劃設計領域的軟件有關，其二是與城市規劃設計對于VR技術的專業分析功能的需求還不是很明朗、尚不能被轉化為切實可行的軟件研發需求有關，另外也與某些專業分析需要以專業的數學模型為基礎而相應的數學模型本身門檻高、難度大、尚未成熟有關。因此，規劃師在應用現有VR軟件的同時，也有必要對VR技術在城市規劃設計領域的進一步發展和深入應用提出需求和建議。

三、結語

一個城市要想長期穩定地發展，必須要找準城市發展的定位，制定符合城市發展現狀的長期戰略，同時做好規劃設計工作，確保各項城市基礎設施的建立及相關區域劃分的科學性。虛擬現實技術在城市規劃設計中的應用，能夠讓設計師及其他使用者真真切切地感受到設計方案實施之后整個城市的模樣，全面而直觀感受到設計方案是否科學合理，做出真實的評價，這對于設計部門而言是最大的幫助，能夠大大提高其工作效率，確保規劃設計方案的質量，給人民交出一份滿意的答卷。

參考文獻：

[1] 陳生輝，郭娜.虛擬現實技術實時輔助城市規劃設計研究[J].工業，2017（1）：00146-00146.

[2] 鄭尚敏.虛擬現實技術實時輔助城市規劃設計研究[J].建筑知識：學術刊，2014（B05）：373-373.