(榆林市城市投資經(jīng)營集團(tuán)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是信息技術(shù)不斷發(fā)展的新型產(chǎn)物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)城市規(guī)劃過程中的限制，為我國城市規(guī)劃提供了一個(gè)三維可視環(huán)境，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)這樣的三維可視場景進(jìn)行觀察以及規(guī)劃，對(duì)方案進(jìn)行修改；并且向人們進(jìn)行展示，可以讓專業(yè)人士和非專業(yè)人士進(jìn)行溝通與交流。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到我國城市規(guī)劃過程中，能夠使城市化設(shè)計(jì)成果提升到一個(gè)更高的層次。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國城市規(guī)劃過程中的應(yīng)用意義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國城市規(guī)劃過程中的應(yīng)用，能夠提升城市規(guī)劃方案設(shè)計(jì)和審批的效率，對(duì)城市化建設(shè)發(fā)展中的問題進(jìn)行多方面的研究與分析，提升城市規(guī)劃的管理效率。

1)就提升城市規(guī)劃方案設(shè)計(jì)和審批的效率而言，在我國城市規(guī)劃過程中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠在計(jì)算機(jī)的虛擬場景中穿梭，觀察此方案，并且能夠在觀察此方案的同時(shí)對(duì)重要地方的方案進(jìn)行討論。在對(duì)方案進(jìn)行審批時(shí)，將方案制成三維模型，從各個(gè)角度進(jìn)行研究與分析，從而提升城市規(guī)劃方案設(shè)計(jì)和審批的效率。

2)就城市化建設(shè)發(fā)展中的問題進(jìn)行多方面的研究與分析方面而言，在我國城市規(guī)劃過程中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠把城市建設(shè)過程中各個(gè)區(qū)域的不同發(fā)展情況與現(xiàn)狀進(jìn)行結(jié)合，制成城市發(fā)展的三維模型，科學(xué)合理地研究與分析城市發(fā)展的狀態(tài)，從而減少或者防止因?yàn)槌鞘幸?guī)劃導(dǎo)致的損失。

3)就提升城市規(guī)劃的管理效率方面而言，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可視性基礎(chǔ)上，能夠更加直觀地處理三維數(shù)據(jù)，對(duì)城市的管理信息進(jìn)行快速以及精準(zhǔn)的搜索和統(tǒng)計(jì)，對(duì)城市信息的空間進(jìn)行有效分析，加強(qiáng)城市的管理工作以及更新城市的地理信息。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征和關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是通過對(duì)計(jì)算機(jī)的利用形成的一種虛擬的場景，并且利用各種傳感設(shè)施設(shè)備將用戶帶入到該場景中，讓用戶和此虛擬場景進(jìn)行自然融合的技術(shù)。這種虛擬場景是通過對(duì)計(jì)算機(jī)的利用構(gòu)成的具備立體感的圖形，它一方面可以是現(xiàn)實(shí)場景的體現(xiàn)，另一方面也可以是人們幻想的場景。在虛擬場景中，能夠達(dá)到人機(jī)的互動(dòng)與交流，使得人們有一種身臨其境的感覺，讓其擁有強(qiáng)烈的參與感，變成“景中之人”，達(dá)到人景合一的境地。

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)制造的多維空間，它可以真實(shí)模擬用戶在環(huán)境中的不同特征。主要包含感知性、沉浸感、交互性以及自主性。感知性主要是指計(jì)算機(jī)用戶能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)視覺、聽覺、觸覺、嗅覺以及味覺進(jìn)行感知，在虛擬的場景中，用戶能夠體會(huì)到在真實(shí)場景中的一切真實(shí)的感受。沉浸感主要是指計(jì)算機(jī)用戶已經(jīng)感受不到自己所處于的外部環(huán)境，將自己充分融入到計(jì)算機(jī)所給予的虛擬場景中，是用戶成為主角在虛擬場景中的真實(shí)情況，三維空間、環(huán)繞音響以及場景隨著可視范圍的變化而不斷變化，這在一定程度上增強(qiáng)了用戶的沉浸感。交互性主要是指計(jì)算機(jī)用戶能夠經(jīng)過三維交互設(shè)施設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作，并且給予虛擬場景的對(duì)象，虛擬場景中的對(duì)象可以及時(shí)做出與之相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，也是用戶對(duì)虛擬場景中物體的操作，并且對(duì)虛擬場景中獲得的反饋以及對(duì)虛擬場景進(jìn)行重新設(shè)置。自主性主要是指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的物體能夠依據(jù)自身的特點(diǎn)遵循計(jì)算機(jī)用戶的不同需求進(jìn)行自主性運(yùn)動(dòng)，但是，虛擬場景中物體的反應(yīng)能力和現(xiàn)實(shí)場景中的規(guī)律是一樣的，一樣受重力的影響，不能出現(xiàn)穿墻的現(xiàn)象。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1)就動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)以及實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)而言，虛擬場景的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重點(diǎn)內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)主要是獲得現(xiàn)實(shí)場景中的三維數(shù)據(jù)，并且依據(jù)這些已經(jīng)獲得的數(shù)據(jù)建立與之相對(duì)應(yīng)的虛擬場景模型。獲得三維數(shù)據(jù)以及非接觸的視覺建模技術(shù)，將兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以提升數(shù)據(jù)獲得的準(zhǔn)確性以及效率。實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)中的三維圖形生成技術(shù)已經(jīng)非常成熟，所以重要之處是在實(shí)時(shí)，為了完成實(shí)時(shí)的目標(biāo)，應(yīng)該不斷地對(duì)圖形進(jìn)行刷新。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)以及仿真技術(shù)的提升對(duì)實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生著直接的作用。

2)就立體顯示和傳感器技術(shù)以及細(xì)節(jié)層次技術(shù)而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)立體顯示和傳感器技術(shù)有一定的依賴性，現(xiàn)階段的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)施設(shè)備不能夠滿足系統(tǒng)的需求。例如頭盔式的立體顯示器存在著精準(zhǔn)度低、刷新頻率慢以及使眼睛容易感到疲勞等缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)手套存在著使用不方便以及分辨率低的缺點(diǎn)。而各式各樣的傳感器主要是為了人機(jī)的有效交互，人在拿一個(gè)物體的時(shí)候，機(jī)器能夠感應(yīng)到動(dòng)作并且在虛擬的場景中做出相應(yīng)的動(dòng)作。細(xì)節(jié)層次技術(shù)指的是在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中使用細(xì)節(jié)省略的技術(shù)，如果是各種層次的物體結(jié)合在一起對(duì)一個(gè)場景進(jìn)行描述，也就是說場景中的多個(gè)物體擁有多個(gè)模型，模型和模型之間的差別是細(xì)節(jié)的描述，在實(shí)時(shí)顯示的時(shí)候，細(xì)節(jié)簡單的模型就能夠提升顯示的速度，而物體是否重要決定了如何選擇物體的模型。

3)就系統(tǒng)開發(fā)以及系統(tǒng)集成技術(shù)而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用主要是找到科學(xué)合理的場景以及對(duì)象，也就是說需要充分發(fā)揮想象力以及創(chuàng)新能力，選擇合適的使用對(duì)象，能夠在極大程度上提升效率以及質(zhì)量。因此，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)工具，例如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)平臺(tái)，這和科學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中含有眾多的信息以及模型，因此，對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生著重要的影響。系統(tǒng)集成技術(shù)包含了同步信息、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以及模型管理等等(見圖1)。

圖1 某樓盤虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)展銷實(shí)例

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國城市規(guī)劃過程中的應(yīng)用

在我國傳統(tǒng)的城市規(guī)劃過程中，主要是使用實(shí)體模型、效果圖案以及計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫來體現(xiàn)方案的視覺成效和環(huán)境之間是否和諧，這些表現(xiàn)手法在一定程度上都存在著問題與不足。實(shí)體模型的立體感強(qiáng)，但是沒有辦法從人們的視覺出發(fā)感受建筑物的空間，沒有辦法讓人們獲得真正的感受；效果圖雖然能夠從人們的視覺出發(fā)，但是展現(xiàn)的是局部的、靜態(tài)的視覺效果，沒有立體感；計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)力，但是人們是被動(dòng)的觀察，并且如果對(duì)方案的細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，比較耗費(fèi)時(shí)間。而在我國城市規(guī)劃過程中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠有效的改善這些不足。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國城市規(guī)劃過程中的應(yīng)用首先是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑工程行業(yè)的運(yùn)用，建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)制成三維動(dòng)畫。通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用，可以把設(shè)計(jì)人員的方案定位在現(xiàn)實(shí)的場景中，對(duì)該方案進(jìn)行科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)，然后，操作人員在虛擬的場景中行走，從而感知虛擬場景設(shè)計(jì)是否合理。因此，在我國城市規(guī)劃過程中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為多種可行性方案提供了基礎(chǔ)性條件，并且，通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用不會(huì)耗費(fèi)較長時(shí)間以及較多的資金。在我國城市規(guī)劃過程中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，一方面能夠提升城市規(guī)劃以及城市生態(tài)建設(shè)的合理性以及科學(xué)性，減少城市規(guī)劃的成本，另一方面還能夠減短城市規(guī)劃以及設(shè)計(jì)的時(shí)間。

3.1 在虛擬城市系統(tǒng)方面的應(yīng)用

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)整個(gè)城市宏觀條件下的城市用地以及總體布局進(jìn)行規(guī)劃。要想建立健全虛擬城市系統(tǒng)，就必須建立城市規(guī)劃區(qū)域的地理數(shù)據(jù)庫以及建筑模型的數(shù)據(jù)庫。利用相關(guān)數(shù)據(jù)庫軟件對(duì)城市地區(qū)的地形地貌實(shí)施數(shù)字化，對(duì)城市地區(qū)自然條件以及經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的收集，建立城市地區(qū)自然條件方面的數(shù)據(jù)庫，建立城市地區(qū)社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)方面的數(shù)據(jù)庫。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法，對(duì)各式各樣的建筑模型進(jìn)行收集，建立城市地區(qū)建筑模型方面的數(shù)據(jù)庫。最后依據(jù)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)人員提供的方案，由相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件的專業(yè)技術(shù)人員將建立起的各種數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，充分地通過計(jì)算機(jī)軟硬件工具的使用，建立起虛擬的城市系統(tǒng)。

總而言之，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬城市系統(tǒng)，不需要對(duì)所規(guī)劃的方案進(jìn)行實(shí)際執(zhí)行，就能夠先對(duì)所規(guī)劃方案的實(shí)施成果進(jìn)行檢驗(yàn)，也就是虛擬城市場景中的社會(huì)、生態(tài)以及經(jīng)濟(jì)中的最好狀態(tài)，并且能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行改正，最后供決策者制定以及規(guī)劃城市方案，能夠在城市規(guī)劃的過程中讓規(guī)劃人員對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行討論以及修改。除此之外，還可通過這種方式向人們展現(xiàn)方案，提升人們參與的主動(dòng)性以及積極性。

3.2 在城市虛擬場景建模方面的應(yīng)用

在城市規(guī)劃的過程中，最繁瑣、最困難的就是城市虛擬場景的建模情況。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃過程中的城市虛擬場景建模方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在5個(gè)方面。

1)城市虛擬場景中天空方面的建模，在傳統(tǒng)的三維城市虛擬場景動(dòng)畫中，天空常常是用背景貼圖進(jìn)行表現(xiàn)的，但是，這所適用的是視覺特定的靜態(tài)環(huán)境中，在實(shí)時(shí)的漫游過程中會(huì)讓用戶感覺天空的虛假感。虛擬場景中應(yīng)該使用半球面或者是圓柱面的模型建立天空模型，并且在天空模型的表面，應(yīng)該利用紋理映射形成全天的天空背景模型。

2)城市虛擬場景中地表情況方面的建模，地表方面的模型應(yīng)該依據(jù)城市的地圖以及遙感照片進(jìn)行建立，準(zhǔn)確、真實(shí)地表達(dá)城市地形地貌以及道路水域的情況。

3)城市虛擬場景中建筑物方面的建模，在虛擬的城市場景中，建筑物是城市中一道亮麗的風(fēng)景線，建筑物作為城市的主體存在應(yīng)該使用三維模型，關(guān)于外形類似于矩形的建筑物，可以利用之前拍攝的建筑物四個(gè)立體面的照片進(jìn)行粘貼，粘貼在矩形模型的四個(gè)對(duì)應(yīng)面上，這樣能夠在很大程度上減少建筑模型的數(shù)據(jù)量，但是，這樣的建筑模型效果肯定沒有真實(shí)的三維模型的效果好。因此，對(duì)于不同的建筑物還是需要盡量使用真實(shí)的三維模型。

4)城市虛擬場景中運(yùn)動(dòng)物體方面的建模，例如人物以及各種車輛等，在靜態(tài)的建筑圖案中，將人物以及各種車輛當(dāng)成配景已經(jīng)被廣泛使用。在城市虛擬的場景中，虛擬場景中的人物以及各種車輛應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的，人是能夠行走的，車輛是能夠移動(dòng)的。因此，在城市虛擬的場景中，人物以及各種車輛就不能只是簡單的貼圖，應(yīng)該是能夠運(yùn)動(dòng)的。

5)城市虛擬場景中其他物體方面的建模，在城市虛擬的場景中，還應(yīng)該有很多其他物體，例如，花草、樹木以及路燈等，如果這些物體也使用三維模型的話，會(huì)在極大程度上增多數(shù)據(jù)量，對(duì)虛擬場景中的實(shí)時(shí)特性產(chǎn)生直接的影響。因此，這些物體需要采取貼圖的方式，可以將花草、樹木以及路燈等物體用透明貼圖的辦法，粘貼在垂直的二維表面上，這樣的話，在城市虛擬的場景中，這些物體就能夠依據(jù)攝影機(jī)的具體位置進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用經(jīng)常會(huì)涉及到不同的場景，在復(fù)雜的大型場景中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，如果對(duì)不同的模型使用相同的計(jì)算量，會(huì)在很大程度上影響城市虛擬場景實(shí)時(shí)的流暢性。因此，只有通過分區(qū)建模的方式，才能夠解決這樣的問題。這就是將虛擬場景進(jìn)行劃分，分別建立高精度、中等精度以及低精度等不同級(jí)別的模型，在城市虛擬場景的實(shí)時(shí)漫游中，能夠依據(jù)用戶觀看時(shí)所站立的位置以及視線所在，在近處使用高精度的模型，隨著距離的不斷增加而采用中等精度的模型或者低精度的模型。與此同時(shí)，隨著用戶的不斷移動(dòng)，對(duì)不同精度級(jí)別的模型進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)察，這樣能夠在一定程度上提升渲染的范圍和速度，更好地調(diào)節(jié)速度和成果之間的關(guān)系，并且這樣的辦法與人類的視覺規(guī)律相吻合。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用能夠?qū)⒊鞘忻婷策M(jìn)行直觀的展示，提升了城市規(guī)劃的設(shè)計(jì)水平以及效率，對(duì)城市景觀的恢復(fù)產(chǎn)生著至關(guān)重要的影響。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是信息技術(shù)不斷發(fā)展的新型產(chǎn)物，在城市規(guī)劃過程中的使用剛剛開始，可能會(huì)存在著不足之處，因此，應(yīng)該對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加以完善，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中被更好地使用。