VR技术在发展规划中的应用与展望

朱海东，伍世平，王墨羽

（佛山科学技术学院机电工程系，广东佛山528000）

虚拟现实（VR）技术集合了仿真、多媒体、网络、计算机图形学人机接口以及传感等多种技术，可以说是当前和未来非常富有挑战性的前沿学科和研究领域，属于很多学科的交叉技术。VR技术结合生物学的相关科学技术，可生成在一定范围内与真实环境在视觉、听觉及触觉等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用与相互影响，从而产生亲临对应真实环境的感受和体验[1]。自然技能指的是当人体做出一个动作，比如头部转动、眼睛、手势或其他肢体做出的一些动作行为，这些动作被计算机捕获后，首先转化为计算机可以识别的数据，然后计算机处理这些数据，最后计算机对用户的输入作出反馈，这些反馈传递到使用者的眼、鼻、耳及皮肤等。传感设备指的是可以使机器与人之间就像人在自然中与物体产生交互的设备。

利用VR技术可创建一个供人类使用和体验的虚拟世界的计算机仿真系统，城市规划是否合理关系到城市未来的健康发展，因此规划方案显得尤为重要，而在规划当中，VR技术是一种便捷、便宜及高效的方式，基于此本文探讨VR技术在未来发展规划中的应用。

1 VR技术在城市规划中的应用

VR技术最大的特性就是浸入性、互动性及想像性。在目前的情况下，VR技术可以应用到的地方比较广泛，比如医学、娱乐、室内设计、房地产开发、工业仿真、文物古迹以及游戏等领域。根据VR技术所应用的对象不同，其作用可表现为不同的形式，例如将某种概念设计或构思可视化和可操作化，实现逼真的遥控现场效果，达到任意复杂环境下的廉价模拟训练目的等[2]。

1.1 城市规划简述

城市规划是用来研究和探讨城市的未来发展、城市的合理布局和综合安排城市各项工程建设的前期准备部署，是未来一段时期内城市发展的可供参考的蓝图，是现代化都市管理的重要组成部分。如想建设好一座城市，就必须有一个统一与科学的城市规划，并严格按照已有的规划来进行建设。为了合理解决城市建设过程中出现的各种新兴问题，必须要对城市的管理和建设工作进行科学的规划，城市规划是城市建设的重要依据，好的规划方案是城市建设顺利完成的基础，是提升城市管理水平的重要手段。只有通过制定科学合理的城市规划，才能实现卓有成效的城市建设和管理[3]。

1.2 VR技术在城市规划中应用的必要性

（1）美国在2011年5月1日的“海神之矛”这次行动中取得了圆满成功的很大一个原因就是战前周密的准备。海豹队员为了可以充分演练这次行动的方案和提前准备各种突发情况的各种应急预案，建造了一个比例为1∶1的宅院模型，且这个模型很注意细节。行动前的充分准备使得这次的行动更加具有可靠性和针对性。但是，制作这个实体模型不仅花费了超过百万美元的代价，而且浪费资源和破环环境。这次行动，美国军方只是复制出一个宅院就如此劳民伤财，如果需要复制一个群落、一片区域所需费用、资源及环境破坏性将很大。而利用VR技术有效地可以解决这样的问题。

（2）现有的一些规划图只能很浅显地以第二、三人称的视角去表现城市的规划，无法像VR技术一样以第一人称的视角表现，如表1所示。利用VR技术可以提高规划者或指挥者在城市规划时的战略意识，尤其是当有人参与其中时，可以尽早发现其中的不足，从而提升决策者的决策能力，可以即时地获知到“他们这样做的话，会带来什么后果、会发生什么”等问题，不用等到实际中发生了才获知。在虚拟的环境中，决策者将可以预测到未来的某个阶段将要发生的情况。VR技术可以重点模拟人与自然之间的联系，比如人与水资源、人与空间、人与阳光的关系，都可以用VR的技术来实现。VR技术还可以让参与者以第一人称的视野进入环境，发现建筑、道路、水流及工厂等对城市未来发展的影响，并反馈给决策者和规划者，避免了像武汉、广州等城市在发展初期斥巨资修建高楼，建成后又斥巨资拆除的劳民伤财的案例。VR技术对城市发展的指导也不会仅仅局限在当前的指导，可以将人工智能和大数据的计算引入到构建的环境中，模拟未来城市有大规模的人入住后，如何优化资源配置，或者提前针对紧急情况作出对策，如图1所示。

表1 传统展示与VR展示比较

图1 信息的接收与反馈

1.3 VR技术在城市规划中应用的多样性

利用VR技术浸入性、互动性、想像性的特点以及虚拟现实技术对时空的广度和跨度，可以完成对城市规划和发展的评估。VR技术可实现城市设施的数字化，只要对各项设施或者场地订立统一的标准与规范，就可以方便地实现设施的数字化。城市的基础设施都可以实现数字化，例如城市的建筑、管线、环境及交通这些基础设施，金融行业方面的银行、交易所、保险等行业，教育、医疗卫生、科研、博物馆、科技馆、运动场、体育馆、名胜古迹等文教卫生，消防、公安、环保等安全保卫设施，政府管理方面的业务、海关税务、户籍管理与房地产等均可实现数字化。将大数据和人工智能添加到虚拟现实中，只需计算机模拟一下各种天气情况下不同的城市概况，在模拟系统中设置完善的沟渠湖泊、供电系统、道路交通及排水系统等，就可以一目了然地看到城市会发生的各种情况。也可以用模拟系统模拟出具有破坏性的自然灾害，比如飓风、火灾、水灾及地震等自然灾害，从而提前做出预防措施。

1.4 VR技术在城市规划中的实践流程

1.4.1 构建源数据

VR技术在城市规划中的应用离不开与城市设计院的合作，需获取设计院的规划信息。如果以雄安新区为例，首先要获取新区的交通线路和山地、湖泊，然后获取新区的居住区和商务区划分。最后将这些信息细分为小块，获取他们x、y、z轴坐标，转换为数字信息并建立三维模型，如图2所示。

1.4.2 搭建虚拟世界系统

将VR技术应用到城市规划中搭建系统需要准备硬件和软件。硬件需要服务器、具有音响系统的VR头盔、信息接收器及数据手套等，如图3所示。软件需要三维建模的软件、融汇资源的平台及展示的软件等。选择软件和硬件搭建平台既要满足运行效果，又要尽量降低硬件的要求。将构建的源数据开始建立虚拟世界，首先搭建建筑物和自然物等三维实体模型，通过在PhotoShop中制作的材质贴图，然后利用蒙皮、动画等技术，生成实体的纹理、质地及光影变化等三维效果，让实体模型在视觉效果上更加真实，如图4所示。三维效果是确保场景真实性的必要因素，随着使用者视角的变化这些效果也随之改变，这样能够提升虚拟世界的沉浸感，从而消除使用者与虚拟世界之间的隔阂[4]。

1.4.3 虚拟系统的使用及调试

通过C#编程，对系统的UI界面、模型的动作及模型的材质纹理最优化。在使用虚拟系统时刚开始需要慢慢的进入状态，可能有一段适应期。如果虚拟和现实产生了时间差的话，就需要对系统进行调试与检查，看产生的原因是内部算法还是硬件设备产生的误差。这就需要不断有顾客去试用，并由工程师调试。VR系统中的自动漫游是按照设定好的城市居民区域漫游路线并通过佩戴VR设备来完成虚拟场景的自动漫游[5]。

图2 获取源数据

图3 搭建系统硬件设施

图4 搭建虚拟的世界

2 VR技术在其他领域中的展望

2.1 VR技术在民族未来规划中的应用

（1）2017年党中央提出了雄安新特区的建设必须秉持先谋后动、规划引领，用最先进的理念和国际一流的水准进行城市设计，建设标杆工程，打造城市建设的典范，各级党员干部和人民群众要保持历史耐心，尊重城市建设的规律，合理把握开发节奏，要加强对雄安新区与周边区域的统一规划管控，避免城市规模过度扩张，促进与周边城市融合发展[6]。谋就是规划，规划就是要设计很多的图纸，但是图纸太平面化，只有专业的人士才可以看懂，充分利用VR技术就可以让非专业人士能看懂设计意图，尽快加入到设计中来，提出相应的意见。

（2）中国提出的一带一路政策正好是一个跨国家、跨区域的合作，需要沿途的国家和投资者参与，参与的国家和个人都希望看到远景，可以利用VR技术将未来的美景给虚拟出来，让各国欣赏，有利于一带一路的推进，有助于相关国家与区域的共同发展。

2.2 VR技术在解决社会问题中的应用

中国老龄化问题的发展是规模巨大和迅速的，比发达国家的老龄化问题还要严峻。据世界银行的统计数据，中国于2002年跨越7%的老龄化社会门槛（65岁及以上人口比例），2014年老龄人口比例达到9%[7]。与此同时，由于中国的特殊的经济环境导致了留守老年人很多。本来老年人在心理上就不同于年轻人心理，这样特殊的经济环境加剧了老年人的精神需求。如果可以将VR技术和可视通话技术交叉利用起来，并改进技术，那么解决留守老人的精神需求就变得容易了。每个人曾经在年轻的时候有过自己的梦想，他们当初由于种种原因不能追寻自己的梦想，虽然随着时光的流逝，但梦想在他们的脑海里依旧。如果科技的进步和VR技术中的难题不断攻破，可以将他们打牌、看报及喝茶的老年生活转变为追寻美妙梦想。

2.3 VR技术在进一步增强国家经济中的应用

中国制造2025提到了最重要的一条就是智能制造，这是中国和德国高端装备制造的产业园建设中的一颗璀璨的明星，吸引了各行各业的目光。智能制造是指采取智能化的模拟和精准的传感技术，指导企业进行个性化的定制和生产。智能制造不仅仅是实现产业的工业化和自动化这么简单，是要实现更高价值的服务和更高质量的附加值。不是每个人在工作中都可以成为设计师或工程师，VR技术虚拟实现就可以大显身手。

3 小结

一个城市只有能够制定一个长期的发展战略，做好规划设计工作，才能够实现长期稳定地发展。VR技术如果应用到未来发展规划的工作中，就起到举足轻重的作用。VR技术重点针对的对象是决策层，因为决策层负责整个发展规划，影响整个未来的发展。随着VR软件和硬件条件的逐渐成熟，决策者就可以利用虚拟现实来构架更加真实的环境。VR技术可以起到挖掘过去和预测未来的作用，是一种提升决策能力的一个绝佳办法。总而言之，随着VR技术逐步成熟以及其配套设备的发展，将来居住的城市经过规划人员在虚拟环境下反复规划设计后，必将更加舒适、方便及科学[8]。