蔡娟 黃海龍

摘要：本文就各院校迎新建設(shè)過(guò)程中所涉及的虛擬校園建設(shè)的問(wèn)題，利用三維仿真技術(shù)對(duì)校園仿真的運(yùn)用、發(fā)展方式、規(guī)劃及功能等問(wèn)題進(jìn)行探討，設(shè)計(jì)空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：院校；校園建設(shè)；校園仿真虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是二十世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的涉及眾多學(xué)科的高新技術(shù),也是近幾年來(lái)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究熱點(diǎn)。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市仿真為城市、城市局部以及城市生活區(qū)、風(fēng)景區(qū)等地區(qū)進(jìn)行規(guī)劃,建立城市的三維數(shù)字化模型、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀模型與規(guī)劃模型的融合,并對(duì)城市環(huán)境的漫游瀏覽、沿線飛行,城市系統(tǒng)的查詢、分析、評(píng)估等提供便利。數(shù)字省市、數(shù)字城鎮(zhèn)已經(jīng)成為21世紀(jì)世界各發(fā)達(dá)地區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略,以及被爭(zhēng)先搶占的科技、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的制高點(diǎn)之一。三維虛擬仿真平臺(tái)旨在建設(shè)一個(gè)具有大范圍的海量城市數(shù)據(jù)一體化管理、無(wú)縫三維實(shí)時(shí)漫游，包容和拓展常規(guī)GIS獨(dú)具特色的空間多媒體信息查詢、表示、分析和決策功能的虛擬城市管理信息系統(tǒng)。

1虛擬仿真技術(shù)在國(guó)際及國(guó)內(nèi)運(yùn)用

產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的制高點(diǎn)之一。為了加速城市的發(fā)展，提高管理水平，需要借助于現(xiàn)代化的科學(xué)手段進(jìn)行城市體系規(guī)劃與管理。據(jù)目前對(duì)我國(guó)大部分城市的摸底調(diào)查，除少數(shù)大、中城市已建立了城市管理信息系統(tǒng)外，而絕大部分地區(qū)的空間信息管理手段仍然沿用比較落后的手工操作方式，即便是用一些地理信息系統(tǒng)（GIS）管理著空間數(shù)據(jù)，但仍停留在簡(jiǎn)單的二維數(shù)據(jù)管理、顯示的基本功能，分散地、相對(duì)獨(dú)立地和非標(biāo)準(zhǔn)地管理模式，很難進(jìn)行地域管理的三維綜合研究和空間分析，使各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門不可能及時(shí)地得到對(duì)空間的清晰、直觀的認(rèn)識(shí)。

另外，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象是城市的體形結(jié)構(gòu)與各個(gè)要素，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行大量的空間形象思維。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中又應(yīng)以城市的使用者的感覺(jué)為核心，分析城市設(shè)計(jì)各空間要素之間的關(guān)系。傳統(tǒng)的城市模型只能獲得城市的鳥瞰形象；效果圖只能提供靜態(tài)局部的視覺(jué)體驗(yàn)；動(dòng)畫不具備實(shí)時(shí)的交互性，人是被動(dòng)的，并且制作周期長(zhǎng)。這些傳統(tǒng)技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、固定的演示功能，尚不能很好地滿足當(dāng)前城市設(shè)計(jì)的需要。另外，隨著空間范圍的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的方法也無(wú)法勝任空間數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)。

同樣，在城市中存在大型的港口、工廠、地下管網(wǎng)、人防設(shè)施等部門，它們具有地形起伏較大、管網(wǎng)密集、需要精確定位等特點(diǎn)，用傳統(tǒng)二維的表示方法很難加以描述和信息管理。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過(guò)視、聽、觸覺(jué)等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真。從二維地圖、沙盤、動(dòng)畫，到虛擬視景仿真是一個(gè)合乎人們認(rèn)識(shí)深化和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的必然結(jié)果。

2虛擬城市與仿真技術(shù)發(fā)展

美國(guó)目前已經(jīng)有50個(gè)城市計(jì)劃建立了“數(shù)字虛擬城市”。我國(guó)北京、上海、香港、臺(tái)北、深圳、廣州、南海、廈門市等也正在積極籌建之中。普遍認(rèn)為，3D-GIS、空間視景數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是建立數(shù)字虛擬城市首先要解決的問(wèn)題。國(guó)際上已經(jīng)專門成立了類似組織，主要為城市服務(wù)。如德國(guó)的Rostock、Stuttgart等研究機(jī)構(gòu)，對(duì)一些城市進(jìn)行了研究，建立了原型系統(tǒng)。三維虛擬仿真技術(shù)最早主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，從國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)的發(fā)展情況，三維虛擬仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外快速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)已有多家公司開發(fā)出城市仿真應(yīng)用平臺(tái)。

3國(guó)外城市與仿真技術(shù)主要實(shí)例

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）始于1994年的一個(gè)科研與運(yùn)用相結(jié)合的項(xiàng)目，計(jì)劃覆蓋面積超過(guò)10,000平方英里，是當(dāng)今城市仿真系統(tǒng)中最成功最為復(fù)雜的系統(tǒng)。視景包括從洛杉磯盆地的衛(wèi)星影像到街道景觀，精確到植物、建筑物的窗口、外墻的紋理等。其中洛杉磯大學(xué)醫(yī)院的仿真詳細(xì)到可以對(duì)建筑內(nèi)部的每一個(gè)層面進(jìn)行漫游，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊墻面或天花板就能得到平面設(shè)計(jì)圖及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了在仿真中對(duì)GIS、CAD及對(duì)象屬性的實(shí)時(shí)查詢。該系統(tǒng)作為城市規(guī)劃和建設(shè)的重要手段，在加州Pico Union區(qū)地震破壞的重建中得到應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員通過(guò)仿真模型和地理信息數(shù)據(jù)來(lái)確定毀壞的建筑物數(shù)量以及需要改造的街道、綠地、房屋等，對(duì)重建城區(qū)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，再將新數(shù)據(jù)存入該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息系統(tǒng)的良性循環(huán)。

4校園三維仿真虛擬系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)以下功能

⑴直觀的了解校園。⑵方便學(xué)生：大學(xué)內(nèi)，教學(xué)樓、宿舍樓、食堂及實(shí)驗(yàn)樓等公共設(shè)施眾多，有了三維虛擬校園，使新生在入學(xué)前就可以全面的了解校園的布局，交互式的查詢，可以了解校園的所有信息，為盡快的適應(yīng)學(xué)習(xí)生活提供方便。⑶有利于招生：網(wǎng)絡(luò)宣傳現(xiàn)已成為非常有效的手段，率先建立三維虛擬校園，有助于提高學(xué)院的形象，對(duì)大學(xué)的全國(guó)范圍招生有極大的幫助。豐富的應(yīng)用接口功能：校園信息搜索引擎：在網(wǎng)上校園中建立一個(gè)本地搜索引擎供用戶瀏覽查找信息是非常有效的。譬如當(dāng)我們搜索圖書館的主題時(shí)，在搜索結(jié)果列表里面，我們可以訪問(wèn)圖書館的具體位置、實(shí)景，以及圖書的借閱情況、開放時(shí)間等；優(yōu)化領(lǐng)導(dǎo)管理：三維虛擬校園的直觀特性，可以優(yōu)化領(lǐng)導(dǎo)管理，對(duì)于校園信息管理、校園規(guī)劃、建設(shè)等能夠全局掌控。

5虛擬城市應(yīng)用展示

擬現(xiàn)實(shí)實(shí)時(shí)瀏覽平臺(tái)可以對(duì)虛擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)交互式的全方位漫游，三維數(shù)字景象和模型將復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理和顯示，為客戶帶來(lái)的大視景，高沉浸感的高端解決方案，給用戶一個(gè)身臨其境的感覺(jué)，在城市(社區(qū))規(guī)劃、虛擬建造、裝飾裝修等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]薛定宇.控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]張曉華.控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]黃文梅,楊勇,熊桂林,成曉明.系統(tǒng)仿真分析與設(shè)計(jì).國(guó)防科技大學(xué)出版社，2010.