虚拟现实技术及其在城市规划中的应用浅述

虚拟现实技术及其在城市规划中的应用浅述

孙伟煜

桐乡市城乡规划设计院有限公司浙江嘉兴314500

摘要：当前大多数城市建筑的规划设计，主要运用表格、图纸等平面模型，来完成整体城市架构的设计。虚拟现实技术引入到城市规划中，可以代替传统的GIS数据处理技术，实现对城市的立体仿真模拟。本文主要分析虚拟现实的关键技术，并完成了其在城市规划中的仿真模拟。

关键词：虚拟现实技术；城市规划；应用

1虚拟现实技术构成与城市规划仿真概述

1.1虚拟现实的关键技术

虚拟现实技术是多种计算机虚拟技术的融合，主要包括电子集成技术、计算机模拟仿真技术、测量与传感技术等。虚拟现实技术能够利用硬件操作面板，进行人机之间的智能交互与计算，从而带给受众一种沉浸式的虚拟感受。计算机动态空间中的虚拟场景，会随着用户操作而发生相应的反馈与变化。虚拟现实的关键技术包含三维动态建模技术、虚拟图形生成技术、显示与传感器技术、VR系统开发技术等，不同虚拟技术的特点如下所示：（1）三维动态建模技术。三维动态建模技术主要利用CAD建模软件，进行城市环境中3维数据的获取，并完成虚拟模型框架的搭建。（2）虚拟图形生成技术。3维图形生成技术主要使用3DMAX软件，进行三维模型的建构与贴图。（3）显示与传感器技术。显示与传感器技术的结合，能够带给用户真实与沉浸式的观看感受。（4）VR系统开发与其他技术。VR系统开发包含数据模型标记、数据信息同步、数据转换与管理等。其中存在着用户于计算机交互的感知信息。

1.2城市规划仿真概述

在城市规划仿真过程中，需要将3维虚拟图形建模、传感技术进行结合，来呈现给用户一个接近真实的城市规划体验。对于3维虚拟图形的建模环节，应该把真实地理信息、城市建筑数据输入到建模软件中，从而完成对城市的三维虚拟仿真。城市规划设计部门可以在三维仿真软件中，模拟出多套城市规划方案，进行不同方案之间的评估与比较。首先需要在CAD建模软件中进行城市模型的框架搭建，然后3DMAX软件完成整体框架的贴图设计，从而构造出某一环境的虚拟化场景。贴图可以选用航空拍摄的卫星影像，来完成物体纹理信息的模拟。对于城市中其他小的组成结构，可以在3DMAX软件进行挤出、车削与放样操作，并通过贴图或渲染来实现物体的仿真模拟。利用虚拟现实技术，可以完成对城市交通、城市地理结构、地下管道网络等三维仿真模拟。

2虚拟现实技术在城市规划中的应用优势

虚拟现实技术不仅仅包括三维动态建模、虚拟图形生成等三维技术，还包含二维GIS、显示与传感器、VR系统开发等数字分析技术。因此将虚拟现实技术应用到城市仿真系统中，能够完成对三维城市模型的可视化管理，帮助城市规划者完成某一场景的虚拟规划。虚拟现实技术在城市规划中的应用优势，主要有以下几点：（1）虚拟现实技术具有三维立体化特性，还可以通过VR显示器与传感器硬件，实现系统的可视化观看与操作。虚拟现实中的VR显示器模块，能够为用户实时再现各个建筑群体的地理关系，显示不同建筑物的高度、长度、宽度、方向和色彩等，并完成具体建筑细节的立体化呈现。参与城市规划设计的专家人员，可以通过对不同规划方案的比较，进行最终城市规划设计方案的决策与确认。（2）在城市规划各个模块的设计过程中，不仅需要构造出符合实际空间的可视化仿真环境，还要与现有的城市设计方案进行契合。因此虚拟现实技术这一量化工具，能够完成某一场景中各个模块的融合，从而为城市规划提供相应的理论数据支持。（3）虚拟现实技术中的VR系统，具有较多的扩展模块与功能接口，可以实现不同职能部门的灵活组合。例如：VR系统中可以添加公共安全模块、灾害防控模块，来实现对城市内部空间的规划与管理。

3虚拟现实技术在城市居民区规划中的应用

3.1城市居民区虚拟建模的规划与实现步骤

通过AutoCAD、3DMAX和VRML等虚拟建模软件，完成对城市居民区虚拟规划设计。在城市居民区虚拟建模之前，需要对居民区内的整体布局，以及空间环境规划的实现步骤进行设计，主要分为以下几个方面：（1）首先要对城市居民区内的建筑场景进行分析，得出不同建筑物的具体分布状况，以及建筑物的高度、长度、宽度、方向和色彩等数据信息。然后进行不同建筑物间隔、建筑风格与形式、环境景观、楼层等的布置。（2）其次运用AutoCAD、3DMAX、VRML、SketchUP、OpenGL等建模软件，来完成对城市居民区域的建模工作。虚拟城市居民区域的建筑模型，主要分为建筑模型、环境模型、植物模型等，住宅楼、公园和运动场为主要的建筑模型，天空、地面、花草树木为主要的环境模型。（3）针对城市居民区的规划设计方案，构建出多种不同的三维虚拟模型，然后将其与设计的虚拟场景进行融合，从中比较出各个建筑模型方案的优劣。

3.2城市居民区虚拟场景的设计及三维建模

城市居民区的真实数据信息，要按照相应比例纳入到虚拟空间坐标系中，才能完成对小区环境的真实模拟。当前主要使用AutoCAD建模软件，来完成对城市居民区整体框架的搭建。城市居民区设计人员应根据真实的楼盘方位与建筑布局，进行虚拟三维场景的设计和调整，最后对不同建筑物的模块参数进行修改与优化。城市居民区虚拟场景的三维建模步骤为：（1）利用AutoCAD建模软件，进行城市居民区原始模型的分类构建。将完成的CAD平面图导入至3DMAX建模软件中，通过3DMAX软件的修剪、焊接命令，来完成墙体轮廓线条的封闭处理。（2）之后运用绘图大师SketchUP，进行城市居民区虚拟模型的填充与完善，使其有着更加立体的三维特性。在城市居民区虚拟模型建构完成后，通过运用场景绘制技术，来提高整个三维模型的逼真程度。（3）然后进行城市居民区虚拟场景的渲染，主要使用OpenGL扩展插件进行空间场景的渲染，使其达到更加逼真的效果。通常会将城市居民区分为小的空间场景，来依次完成各个场景的渲染工作。

3.3人机交互与漫游功能设计

在完成对城市居民区三维空间建模后，需要将虚拟空间场景导入可视化交互平台，来实现用户与计算机的实时交互功能。本文使用基于文本格式的VRMLPAD三维仿真平台，通过专业的输入接口、可视化观看设备，进行用户与虚拟现实之间的互动交流，使体验者运用人体感官来感知三维环境。其中VRML-PAD三维仿真平台中的内联节点，能够将城市居民区域内各个场景进行融合，从而实现用户在不同场景的即时预览与漫游。虚拟现实系统中的自动漫游，是按照设定好的城市居民区域漫游路线，通过佩戴VR设备来完成虚拟场景的自动漫游。在漫游实时导航图的创建过程中，应该将所有场景的最大顶点进行合并，然后使用VR-Platform进行整个场景导航图轮廓的抓取。

4虚拟现实技术在城市规划中的应用效果

利用虚拟现实技术进行某城市居民区的规划设计，得到了以下城市规划设计效果，具体见表1：

从以上表格数据可以得出：利用虚拟现实技术进行城市居民区规划设计，不仅可以有效缩短项目设计周期，还可以大大节约所有项目的设计成本。

5结束语

虚拟现实技术与仿真系统的结合，能够完成对城市交通、房地产和工商业的三维模拟，构建出可视化与数字化的城市规划方案图。通过运用虚拟现实技术，完成三维仿真模型的搭建后，可以借助VRMLPAD三维仿真平台进行人机交互。随着城市规划中VR技术的发展，虚拟人机交互与漫游将成为未来城市规划的主流趋势。

参考文献：

[1]高建华，邓亚明.虚拟现实技术在现代教学中的应用研究[J].电脑开发与应用[J]，2011（1）：22-23.

[2]陈一民，李启明，马德宜，等.增强虚拟现实技术研究及其应用[J].上海大学学报：自然科学版，2011（4）：412-428.