尹佳文，劉粉

(河南師范大學(xué)旅游學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007)

基于VR技術(shù)的虛擬游覽場(chǎng)景的快速構(gòu)建

尹佳文，劉粉

(河南師范大學(xué)旅游學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007)

為了有效的提高城市道路的利用率,解決城市交通擁堵問(wèn)題,很多研究者對(duì)城市道路的交通現(xiàn)狀做出科學(xué)的分析,尋求合理的改善措施。城市微觀游覽仿真作為交通游覽優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段,可以從交叉口的設(shè)計(jì)、交通游覽的組織和渠化以及信號(hào)控制等各方面對(duì)交通游覽現(xiàn)狀進(jìn)行仿真分析,在費(fèi)用及時(shí)間投入都很少的情況下及時(shí)得出評(píng)估結(jié)果,提出最優(yōu)方案,改善交通狀況。交通游覽分析作為交通工程領(lǐng)域的一個(gè)基礎(chǔ)性應(yīng)用工具,廣泛應(yīng)用于交通工程的各個(gè)領(lǐng)域,而不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)煌ǚ治龉ぞ叩男枨笠膊槐M相同。與較為成熟的道路技術(shù)相比,尚缺乏一個(gè)基于計(jì)算機(jī)輔助的能將道路游覽和交通設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合在一起的靈活的工具平臺(tái),這也是造成目前道路幾何設(shè)計(jì)和交通游覽控制與管理措施“各自為政”的技術(shù)方面的原因之一。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,以及在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,極大的促進(jìn)了各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展。由于圖形圖像信息的直觀性,計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)己經(jīng)成為從事學(xué)習(xí)和研究的最基本手段之一,科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域都逐漸利用計(jì)算機(jī)圖形圖像來(lái)加強(qiáng)信息的傳遞和理解。改進(jìn)、完善虛擬城市交通游覽仿真領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀,促進(jìn)新技術(shù)與未來(lái)的研究發(fā)展是本文的主要目標(biāo)。

VR是一種用于研究地球科學(xué)的、或者以地球系統(tǒng)為對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)、地理信息系統(tǒng)和多媒體等多種技術(shù)的綜合體。它不同于傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng),三維可視化不是作為一個(gè)模塊而存在,而是整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用核心。

本課題的研究意義及研究?jī)r(jià)值有以下幾點(diǎn)

①為城市游覽的管理與設(shè)計(jì)提供更先進(jìn)的技術(shù)手段,使得高效管理、科學(xué)決策和順暢的溝通成為現(xiàn)實(shí)。在各級(jí)政府對(duì)城市交通日益重視、社會(huì)各界對(duì)城市游覽日益關(guān)注的今天,本課題具有十分重要的意義。

②直觀逼真、可交互的表現(xiàn)方式,為交通、游覽設(shè)計(jì)的反復(fù)修改和規(guī)劃方案的多番論證提供了平臺(tái)。大大降低了建設(shè)成本和返工損失,具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

③與傳統(tǒng)的游覽分析技術(shù)相比,基于VR的城市微觀交通游覽仿真技術(shù)體現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和潛在能力,系統(tǒng)模型描述的準(zhǔn)確性和靈活性,交通分析的開(kāi)放性,交通狀態(tài)的描述能力等方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

④游覽仿真作為智能游覽系統(tǒng)的核心內(nèi)容,開(kāi)發(fā)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交通仿真軟件對(duì)于我國(guó)獨(dú)立發(fā)展智能交通、提高交通管理水平具有重要的意義。

1城市虛擬游覽場(chǎng)景的建模與應(yīng)用

虛擬游覽場(chǎng)景的運(yùn)用離不開(kāi)虛擬地形場(chǎng)景的生成和顯示，它是VR技術(shù)在城市領(lǐng)域中的一個(gè)重要應(yīng)用。虛擬地形環(huán)境是指利用真實(shí)世界的幾何和圖像數(shù)據(jù),運(yùn)用建模技術(shù),生成一個(gè)在視覺(jué)效果、圖像真實(shí)感、人機(jī)交互等方面都可以和真實(shí)環(huán)境相媲美的三維虛擬地表環(huán)境。具有真實(shí)感的虛擬地形,不僅要求模型的幾何精度和圖像精度要盡量和真實(shí)地形保持一致,同時(shí)也需要再現(xiàn)自然環(huán)境效果,從而構(gòu)成逼真的地形環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)外在地形三維可視化方面的研究十分廣泛,但主要研究集中在以下：1、基于一體化城市微觀游覽虛擬仿真系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。2、幾個(gè)方面三維地形建模技術(shù)地形簡(jiǎn)化和多分辨率表示技術(shù)真實(shí)。3、感地形生成技術(shù)三維實(shí)時(shí)交互技術(shù)基于三維地形的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)。4、三維空間分析技術(shù)。目前,地形三維可視化技術(shù)主要有兩種方法,一種是面繪制技術(shù),另一種是體繪制技術(shù)。由于體繪制技術(shù)具有離散性并且計(jì)算和存貯量較大,對(duì)硬件的性能要求較高,所以目前地形三維模型的實(shí)時(shí)繪制主要采用面繪制技術(shù)?；诘孛胬L制的三維地形可視化技術(shù)可以歸納為三類(lèi)分形地形仿真、曲面擬合地形仿真和基于真實(shí)地形數(shù)據(jù)的多邊形模擬。

2城市虛擬游覽三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的獲取與處理

城市空間是指以地表為基礎(chǔ),向空中和地下延伸的立體空間。城市空間可以劃分為地表、地上和地下三個(gè)部分,相應(yīng)地可以將城市地物劃分為地表地物、地上地物和地下地物。

地表地物地形、植被、建筑物、構(gòu)筑物、道路等

地上地物高架、橋梁等

地下地物地鐵、地下管線、地下水等

另外,城市中還有一些空間現(xiàn)象,如行政界線、地籍界線、溫度場(chǎng)、降雨量和人口分布等。

城市虛擬游覽三維場(chǎng)景建模技術(shù)主要分為基于圖形的建模和基于圖像的建模兩大類(lèi)?；谝惑w化城市微觀游覽虛擬仿真系統(tǒng)的研究與應(yīng)用基于圖形的建模技術(shù)是面向物體的幾何模型,其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是物體的矢量幾何數(shù)據(jù)。基于圖像的建模技術(shù)是通過(guò)圖像來(lái)生成不同視點(diǎn)處的場(chǎng)景畫(huà)面,其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是柵格圖像數(shù)據(jù)。基于圖形的三維建模具有較強(qiáng)的真實(shí)感,而且與空間屬性信息相連,在側(cè)系統(tǒng)中易于建立拓?fù)潢P(guān)系,但是由于目前實(shí)時(shí)渲染算法尚不成熟,利用圖形建模技術(shù)構(gòu)建的模型具有較大的幾何數(shù)據(jù)量,因此三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染的性能不高?；趫D像的建模技術(shù)克服了數(shù)據(jù)量大的缺點(diǎn),它采用紋理映射技術(shù)取代幾何實(shí)體模型,以較小的數(shù)據(jù)量構(gòu)建三維場(chǎng)景,不過(guò),利用該方法建立的虛擬場(chǎng)景交互性比較差,與之屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)比較困難,游覽虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感也不強(qiáng)。綜合考慮兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn),目前有些學(xué)者提出了將兩者互相結(jié)合,充分利用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),構(gòu)建具有高度沉浸感的虛擬場(chǎng)景。

VR技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng),還有諸多問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決,除了硬件的不斷發(fā)展,軟件技術(shù)還要深入擴(kuò)展和研究,從而為我們提供了豐富的研究?jī)?nèi)容。技術(shù)在城市微觀游覽虛擬仿真領(lǐng)域的應(yīng)用,隨著技術(shù)本身的前進(jìn)而不斷深入。論文實(shí)現(xiàn)的城市微觀游覽虛擬仿真系統(tǒng)還存在一些不足之處,有待于進(jìn)一步的完善和發(fā)展。

中圖分類(lèi)號(hào):TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)12-0007-01