城市规划领域的虚拟现实技术应用

王 飞

摘 要：三维虚拟技术由于在电脑上进行规划设计，在设计的精准度和制图的省时省力方面会创造出很高的效率，但最重要的是由它所提供的实时显示性能以及互动交互技术，更使我们的城市规划建设具有了高度的信息性和全民参与性，这使城市规划领域能够很好与其他领域进行连接，形成城市与城市、城市的各个领域间的信息互动圈，并且在进行城市宣传和城市推广的工作上能起到很好的反响效果，这无疑能够非常好的推动城市经济建设。

关键词：城市规划；虚拟现实技术；应用

中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）04-0236-03

一、虚拟现实技术的介绍

1.什么是虚拟现实技术

随着计算机技术的不断发展，虚拟现实技术成为近年来计算机软件技术的一项新兴技术。由于虚拟现实技术的直观性很强，能在电脑上进行模拟仿真，比平面图像更能说明问题，并且更具有经济性，即省时间由省人力，能够广泛的为各个领域所运用。可以说虚拟现实技术给社会发展带来的便捷将使其能够大显其道，虚拟现实技术的运用也是近年来的发展方向。

虚拟现实技术按照维度虚拟程度的不同分为三维虚拟技术和全维度虚拟技术。全维度虚拟技术是目前国外在虚拟仿真领域的研究，其研究内容是使虚拟技术完全脱离三位维度而向一个全立体虚拟环境发展。中国目前运用最为广泛的是三维虚拟技术。而三维虚拟技术的运用正是本文重点论述的内容。

三维虚拟技术属于三维图形技术行列。三维图形技术分为两大类，一是三维虚拟技术；二是三维动画技术，两者都用于模拟真实世界和想象世界。由于两者的应用原理不同，其应用领域也大不相同。

三维动画技术采用的是传统的计算机动画，采用关键帧的方式制作，先进行三维预渲染，得到了完整的三维动画视频之后利用播放器将动画播放出来，所以三维动画技术被广泛运用于电影、广告等预先设计好的演示。

在此我将重点论述三维虚拟技术在城市规划领域的应用和研究，之所以以此作为论题是由于三维虚拟技术在城市规划上的应用最为广泛，随着时代的不断进步，社会对城市建设、城市规划的要求越来越高。网络社会的概念不断加强，三维虚拟技术能够更好更便捷的为我们城市规划建设服务。这种技术适应了社会现代化的要求，使虚拟仿真技术很好地运用在城市规划设计上，为我们的城市建设工作更加省时省力并且能更加全方位思考。在计算机平台上进行虚拟操作可以从各个方位多个角度思考规划方案，能从早期发现问题解决问题。

由于三维虚拟技术的虚拟仿真性，使其更多运用在城市规划建设的工作中。这一技术的扩充性和延展性很强，通过我们的不断研究能使其在城市建设领域以及城市建设的其他领域起到的作用不断加大，为城市建设事业带来更多收获。

2.三维虚拟技术的发展历程

三维虚拟技术属三维行业领域。三维行业在中国的起步时间是上世纪九十年代。自98年看是到现今其经历了一个扩张时期，这是三维行业在中国市场大放异彩。目前在中国的三维行业可以分为以下几个分支：1、电影、广告；2、游戏；3、电视包装；4、城市建筑，其中以城市建筑领域的运用最早也最为广泛。

最早的三维技术实现平台是由美国的Autodesk公司开发的3d Studio Max软件。此软件是一款基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。早期的三维技术在中国建筑领域的运用由于技术原因有很大的局限性，三维技术只能实现建筑效果图的绘制以及部分简单的跑相机似的建筑动画。随着3D技术的不断完善以及日益多元化的创作手段的出现，三维技术在建筑业所起的作用也日益增强。目前实现三维技术的主流软件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三维技术的日益完善以及它所带来的强大的经济效应，三维虚拟技术的概念也日渐成熟。

三维虚拟技术是三维动画技术的一种，与三维动画技术的区别在于三维虚拟技术还具备三维动画技术所没有的实时性和交互性。三维虚拟技术是虚拟仿真技术的一种，是局限在三维空间之下的一种虚拟仿真，而虚拟仿真技术的另一种全维度虚拟仿真也被称之为虚拟现实技术。这种技术出现在20世纪末期，它的出现引起了人们的广泛关注。目前国外正在对此领域进行深入研究，我将在国外研究部分做出论述。

3.国内在虚拟仿真领域的研究以及存在问题

三维虚拟技术目前在建筑领域的运用有城市漫游动画、建筑漫游动画、房地产漫游动画、小区浏览动画、楼盘漫游动画、三维虚拟样板房、楼盘3D动画宣传片、地产工程投标动画、建筑概念动画、房地产电子楼书、房地产虚拟现实等动画制作。

三维虚拟技术在我国城市规划、城市建设的发展前景是不可估量的。由于三维虚拟技术的不断发展，它既能带给观赏者身临其境的感觉；又能模拟尚未实现或准备实施的项目的完成效果。从单一的几何模型到复杂的动态形象，不论是道路、桥梁、隧道、立交桥、街景、夜景、景点、市政规划、乡村规划、乡村形象展示、数字化乡村、虚拟乡村、乡村数字化工程、园区规划、场馆建设、机场、车站、公园、广场、报亭、邮局、银行、医院、数字校园建设等都可以通过三维虚拟技术得以实现。

由三维虚拟技术和现代信息科学技术带给中国经济的发展空间正在不断壮大；由它们所带来的科技化、信息化、智能化的城市虚拟空间将成为21世纪的信息主流源。

二、虚拟现实技术在城市规划领域的应用

1.城市规划简述

城市规划指的是一个城市在一段时期内的发展计划的设定，它研究的是一个城市在未来的一个发展动向，这其中包含了对城市地区的合理布局、城市的各项工程建设的合理部署。它是城市建设和城市管理的重要组成部分，也是城市建设和城市管理的重要依据。一个城市的三个重要管理阶段是:城市规划、城市建设和城市运行，而城市规划则是三个管理阶段中的龙头。

2.城市规划领域使用三维虚拟技术的必要性

在这个以知识经济为核心的信息时代，计算机科学技术已成为全世界公认的本世纪最主要和最核心的科学技术，它已渗透到社会生活的各个方面，影响和改变着人类的思维模式和行为模式。它在城市规划和城市建筑领域的作用更是不容小觑，随着网络技术的不断发展与成熟，计算机辅助设计技术在建筑行业中的应用得到了进一步普及。

在城市规划领域使用三维虚拟技术的必要性将从两个方面进行：①是从城市规划建设方面来看对三维虚拟术应用的必要；②是从城市规划管理方面来看对三维虚拟技术应用的必要。

①是从城市规划建设方面来看对三维虚拟技术应用的必要首先，我们必须要了解城市规划建设在设计上的设计内容。城市建设设计内容主要有：城市宏观设计、城市中观设计、城市微观设计三个层次。

城市的宏观设计指的是对城市的格局和形态的设计，具体为城市的整体分布、城市的功能组团、环境保护、土地利用等。在设计上更加注重城市的关键性特征和自然景观构成。在进行城市宏观设计时，评估的重点是看能否创造高素质城市环境和优美的城市视野，以此来鉴定城市宏观设计的成功与否。

城市中观设计是指设计城市空间与城市建筑之间的关系；具体内容有：用地布局、建筑设计、地标物建设、街道分等等，也就是城市的连接度与整体性、城市的体量与高度的设计。城市中观设计的内容与宏观设计的内容相辅相成，是中观设计更加注重城市的视觉质量、人工建造物的城市角度和适宜度、城市整体轮廓与体量的协调、具体环境的设计与美化等。

在计算机运用上要解决城市建设视景的要求就必须要能再计算机上感官看见以上所说的宏观、中观、微观三个层次的内容，具体而言就是：一是三维地形的显现；二是城市密度、容积率的显现；三是大面积三维建筑的显现。四是能速重绘画面进行实时仿真。而针对以上的要求，三维虚拟仿真技术都能够一一实现，文章在前面具体分析了三维虚拟技术的技术性能。并且可以看出，目前来看运用三维虚拟技术进行城市规划设计适应了时代性和科技性的趋势。

下面我们看看三维虚拟技术在城市规划建设上的具体应用。

三维虚拟技术在城市规划建设上的具体应用按地形而分可以归为三类：一是局部地区城市设计研究；二是大范围城市问题研究；三是区域规划研究。

一是局部地区城市设计研究

城市设计的核心是研究建筑形体和空间要素之间的关系协调，从对城市的环境表现、具体建筑形体刻画、整体模型处理和后续功能研发等方面来看运用三维虚拟仿真技术在制作时再合适不过了。

我们针对城市商务中心区的设计研究来具体说明问题，城市商务中心区设计是属于典型的城市局部地区设计，由于范围不大，我们在选择计算机种类时可以选择中高档PC机进行制作。

然后，我们再根据现有照片、地形原有的平面、立面等图纸资料进行交通设施、环境小品的建模，在三维虚拟技术环境下能够高仿真建模，并且设置VEGA的漫游环境、添加动态模型等工作，最后将制作出的模型文件调入VEGA完成漫游。

二是大范围城市问题研究

以新城区建设为例，新城区的建设规划范围更加广泛，在建立三维仿真时重点应在规划功能的设计开发上。

针对新城区三维仿真的主要功能应该有：方案替换、模型修改（ 高度修改、位置调整等）、矢量规划数据叠加分析、日照阴影分析。其中还包括目前的仿真软件无法实现在漫游过程中的动态阴影的实现。

值得庆幸的是目前国内的以遥感为基础的仿真软件弥补了技术上的不足，运用此软件不仅可以实现在固定观测点上表现建筑在不同时间阴影变化的功能，而且也能够实现地理属性查询。

三是区域规划研究

在进行区域规划的仿真时我们将遥感应用和三维仿真技术结合运用，这样我们就可以实现建立以卫星影像为数据的城区漫游，在数字高程模型的基础上进行区域地区漫游的制作，这样既不影响对区域原有面貌的观看，又能再此基础上进行区域建设和改造，并且能实时对比，运作时即高效又准确，这样的技术结合给我们的城市规划提供了直观而又客观的分析手段。

②是从城市规划管理方面来看对三维虚拟技术应用的必要

三维虚拟技术已经运用到城市建设的方方面面，城市规划作为可视化技术需求最为迫切的领域之一,虚拟现实技术在其诸多方面有着广泛的应用和发展前景，三维虚拟技术提供了非常直观、准确、现时性强的城市规划资料，这为城市建设发展、提高城市管理水平、提升城市规划设计提供了强而有力的依据。

可以说，在城市规划领域对三维虚拟技术的应用是时代的召唤、是技术的支持，三维虚拟技术是城市建设所必不可少的关键性技术。

三、从上海世博会对虚拟现实技术的运用来看未来虚拟现实技术在城市规划领域的发展

1.上海世博会网上世博简介

2010年的上海世博会区别于往届世博会的最大不同就是此次上海世博会运用了虚拟现实技术实现了网络同步的网上世博会。通过2008年中国北京奥运会场馆的建设，中国的建筑漫游动画创作的发展速度越来越快，并且在国内得到了广泛的传播。2010年上海世博会再次使中国的建筑漫游动画得到发展和创新的机会。世博会的主题是：“城市，让生活更美好”，伴着世博会的推广，中国的建筑漫游动画引起了社会各界的广泛重视，使其得到飞速发展。更由于此次世博会的一大亮点是首次举办网上世博会，通过网上媒介，全面引入互联网的传播方式，采用交互设计和多媒体技术等手段，这更加体现出当下互联网的强大以及建筑动画漫游的进步神速。

2.网上世博会的缘起与构架

网上世博会，全称网上中国2010年上海世博会，它是指通过互联网技术、三维技术、多媒体技术，通过虚拟和现实相结合的方式把上海世博会上展示的内容呈现于互联网上，搭建出一个能够进行网络体验和实时互动的世博会网络平台。网上世博会是上海世博会的重要组成部分，是实体世博会的导引、补充与延伸，是上海世博会的两大亮点之一。

能够实现网上世博会这样的创举是由于网络科技时代的蓬勃发展以及三维数字技术的不断进步。网络和三位数字技术的完美结合给予上海世博会全新的展现舞台，使全球公众突破了时空界限，使他们能够全面参与世博，使我们中国的上海世博会实现了真正意义上的全球化。

首届网络世博会的三大主要特色是：三维展示、互动体验以及全球共建。通过网上平台吸引全球公众参与世博会，使无法亲临食博会现场的观众借由网上平台体验世博会的精彩以及希望将上海世博会的盛举作为非物质文化遗产长期保留，是举办此界网上世博会的三大原因。

网上世博会的架构由基础平台和网上展馆两部分构成。基础平台由組织者搭建，内容包括门户网站、网上园区、基本功能等，网上展馆则分为浏览型和体验型两类展馆。浏览馆具备基本浏览和展示的功能，它是以实体展馆为原型，通过文字、图片、音频、视频、动画等方式进行三维展示，浏览型展馆由组织者为需要援助的参展方免费开发。体验馆是浏览馆的增强版，浏览型展馆在以浏览和展示为基本功能的基础上，可实现其它更加丰富的功能和特效，网上参观者可以得到更生动的互动和体验。参展者还可以建设实体世博会中不具有的虚拟拓展空间和展项，利用更丰富的虚拟技术及手段延伸和拓展参展方网上展馆所希望表达的意境和理念。二者相辅相成，完美呈现网上的世博会。

与普通网站相比，网上世博会的区别在于它能够提供给观众全面的三维视觉体验，网页游客能够主动操控三维图像的角度。网上世博会的整个展示内容其中包括，世博园区、世博园片区、展馆外观、展馆内景以及主要展项等都将进行三维数字化的制作。

与普通网站的最大区别在于网上世博会可以将组织者的建设内容和参展者的建设内容二者共存于一个平台之上。也就是说网上世博会具有“全球共建”的特点。

3.三维数字化技术实现了网上世博

由于虚拟现实技术的先进性，使实体世博园区中的建筑、道路、绿化、设施等通过三维虚拟技术在网络上实现了虚拟再现。在网上模拟的天空、云彩、太阳、灯光、装饰、材质等效果通过CG技术在制作，使模拟效果很好地接近真实场馆的场景。展现在网上游客眼中的每一个场景都是一个三维的空间，参观者只需要通过鼠标和键盘操作就能够轻松实现旋转、升高降低的操作，在进行鸟瞰时也也可以通过放大、缩小来调整的场景范围，获得全方位的空间体验。展项展示是网上世博会的有一大亮点，通过网络，游客能够进入场馆和展项发生近距离的互动，游客可以多角度观察或“触摸”展项，特别是一些实体世博会现场不能触碰的展项，在网络上可以实现参观者的触碰愿望。参观者还可以自由的旋转缩放感兴趣的物品，同时还可以通过图片文字、动画、FLASH等多种数字媒体形式了解到对展项的知识性介绍。不仅如此，游客可以在C/S上通过系统提供的部件，组装个性化的展项，让其它游客看到自己的作品，并且发表点评。

网上世博会的虚拟拓展空间可以由参展者根据自己的意念记性无限制的设计开发，由于不受现实空间的限制，参观者可以延伸和拓展实体展馆所希望表达的理念和意境，虚拟展项为参展者的主题演绎提供了进一步发挥的空间。