基于VR技术的虚拟游览场景的快速构建

尹佳文，刘粉

(河南师范大学旅游学院，河南 新乡 453007)

基于VR技术的虚拟游览场景的快速构建

尹佳文，刘粉

(河南师范大学旅游学院，河南 新乡 453007)

为了有效的提高城市道路的利用率,解决城市交通拥堵问题,很多研究者对城市道路的交通现状做出科学的分析,寻求合理的改善措施。城市微观游览仿真作为交通游览优化设计的一个重要手段,可以从交叉口的设计、交通游览的组织和渠化以及信号控制等各方面对交通游览现状进行仿真分析,在费用及时间投入都很少的情况下及时得出评估结果,提出最优方案,改善交通状况。交通游览分析作为交通工程领域的一个基础性应用工具,广泛应用于交通工程的各个领域,而不同的应用领域对交通分析工具的需求也不尽相同。与较为成熟的道路技术相比,尚缺乏一个基于计算机辅助的能将道路游览和交通设计有机结合在一起的灵活的工具平台,这也是造成目前道路几何设计和交通游览控制与管理措施“各自为政”的技术方面的原因之一。

随着计算机技术的飞速发展,以及在各个领域的广泛应用,极大的促进了各项事业的发展。由于图形图像信息的直观性,计算机可视化技术己经成为从事学习和研究的最基本手段之一,科学和工程技术领域都逐渐利用计算机图形图像来加强信息的传递和理解。改进、完善虚拟城市交通游览仿真领域的技术现状,促进新技术与未来的研究发展是本文的主要目标。

VR是一种用于研究地球科学的、或者以地球系统为对象的虚拟现实、地理信息系统和多媒体等多种技术的综合体。它不同于传统的地理信息系统,三维可视化不是作为一个模块而存在,而是整个系统的应用核心。

本课题的研究意义及研究价值有以下几点

①为城市游览的管理与设计提供更先进的技术手段,使得高效管理、科学决策和顺畅的沟通成为现实。在各级政府对城市交通日益重视、社会各界对城市游览日益关注的今天,本课题具有十分重要的意义。

②直观逼真、可交互的表现方式,为交通、游览设计的反复修改和规划方案的多番论证提供了平台。大大降低了建设成本和返工损失,具有显著的社会经济价值。

③与传统的游览分析技术相比,基于VR的城市微观交通游览仿真技术体现了强大的生命力和潜在能力,系统模型描述的准确性和灵活性,交通分析的开放性,交通状态的描述能力等方面具有非常明显的优势。

④游览仿真作为智能游览系统的核心内容,开发并拥有自主知识产权的交通仿真软件对于我国独立发展智能交通、提高交通管理水平具有重要的意义。

1城市虚拟游览场景的建模与应用

虚拟游览场景的运用离不开虚拟地形场景的生成和显示，它是VR技术在城市领域中的一个重要应用。虚拟地形环境是指利用真实世界的几何和图像数据,运用建模技术,生成一个在视觉效果、图像真实感、人机交互等方面都可以和真实环境相媲美的三维虚拟地表环境。具有真实感的虚拟地形,不仅要求模型的几何精度和图像精度要尽量和真实地形保持一致,同时也需要再现自然环境效果,从而构成逼真的地形环境。目前国内外在地形三维可视化方面的研究十分广泛,但主要研究集中在以下：1、基于一体化城市微观游览虚拟仿真系统的研究与应用。2、几个方面三维地形建模技术地形简化和多分辨率表示技术真实。3、感地形生成技术三维实时交互技术基于三维地形的多源数据融合技术。4、三维空间分析技术。目前,地形三维可视化技术主要有两种方法,一种是面绘制技术,另一种是体绘制技术。由于体绘制技术具有离散性并且计算和存贮量较大,对硬件的性能要求较高,所以目前地形三维模型的实时绘制主要采用面绘制技术。基于地面绘制的三维地形可视化技术可以归纳为三类分形地形仿真、曲面拟合地形仿真和基于真实地形数据的多边形模拟。

2城市虚拟游览三维场景数据的获取与处理

城市空间是指以地表为基础,向空中和地下延伸的立体空间。城市空间可以划分为地表、地上和地下三个部分,相应地可以将城市地物划分为地表地物、地上地物和地下地物。

地表地物地形、植被、建筑物、构筑物、道路等

地上地物高架、桥梁等

地下地物地铁、地下管线、地下水等

另外,城市中还有一些空间现象,如行政界线、地籍界线、温度场、降雨量和人口分布等。

城市虚拟游览三维场景建模技术主要分为基于图形的建模和基于图像的建模两大类。基于一体化城市微观游览虚拟仿真系统的研究与应用基于图形的建模技术是面向物体的几何模型,其基础数据是物体的矢量几何数据。基于图像的建模技术是通过图像来生成不同视点处的场景画面,其基础数据是栅格图像数据。基于图形的三维建模具有较强的真实感,而且与空间属性信息相连,在侧系统中易于建立拓扑关系,但是由于目前实时渲染算法尚不成熟,利用图形建模技术构建的模型具有较大的几何数据量,因此三维场景实时渲染的性能不高。基于图像的建模技术克服了数据量大的缺点,它采用纹理映射技术取代几何实体模型,以较小的数据量构建三维场景,不过,利用该方法建立的虚拟场景交互性比较差,与之属性数据库的关联比较困难,游览虚拟场景的真实感也不强。综合考虑两种方法的优缺点,目前有些学者提出了将两者互相结合,充分利用优势互补,构建具有高度沉浸感的虚拟场景。

VR技术是一个复杂的信息系统,还有诸多问题没有得到很好的解决,除了硬件的不断发展,软件技术还要深入扩展和研究,从而为我们提供了丰富的研究内容。技术在城市微观游览虚拟仿真领域的应用,随着技术本身的前进而不断深入。论文实现的城市微观游览虚拟仿真系统还存在一些不足之处,有待于进一步的完善和发展。

中图分类号:TP311

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)12-0007-01