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1、 http:/更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185虚拟现实在城市规划中的辅助决策作用秦建明 李楠 刘青 谢刚生（南方数码科技有限公司 广东 广州 510665 ）E-mail:摘要：随着虚拟现实（VR）和互联网技术的发展，一系列关于城市数据的交互性、建模和管理的研究应运而生。最近几年里，许多设计者开始研究把虚 拟现实应用到城市规 划中。在本文中，重点提出并分析、评价了虚拟现实作为规划辅助决策平台的适用性，并 结合笔者的开发成果南方 电子政务平台之虚拟现实（SEGIS_VR）进行阐明。Abstract:Developments in the do
2、mains of Virtual Reality (VR) and the Internet triggered a series of research projects tackling the issues of interactivity, structuring and management of large urban databases. Over the last few years, designers started some of the potential of VR as a urban planning tool. In this paper, the suitab
3、ility of VR as an urban planning flat is presented, analysed and assessed with the software VR of South Electric Government GIS(SEGIS_VR).关键词：虚拟现实 城市规划Key:Virtual reality, Urban planning引言计算机用于建筑设计和城市规划的研究差不多有三十年的历史了，由于收到计算机软硬件发展的制约，进展比较缓慢。在过去的十年中，通过扩展高分辨率的输入输出设备和提高计算机的计算能力，使得高效的计算机辅助设计组件以及二维和三维计算机模
4、型的构建得以实现。随后引起了计算机三维城市建模以及一系列应用的发展，然而，在城市计算机辅助建模中引入互动和实时操作在相当程度上仍将是一个长期发展的过程。建筑学高级研究中心（CASA）多年前已经开始着手三维计算机建模的研究，并于 1991 年获准建立巴斯古城的三维计算机模型 。巴斯城市的模型是由精度小于 0.5 米，范围覆盖了整个中心城区，面积达2.5x2.0km 的卫星遥感图片构建而成的。随着互联网的发展，万维网的流行，通过使用虚拟现实建模语言（VRML）以及非沉浸式虚拟现实应用，巴斯的虚拟现实影像已经用于各种项目的研究。据笔者所知，巴斯的数据库是最大和最详细的。在世界范围内，已经进行了许多城
5、市范围内城市空间的建模的尝试。加利福利亚大学洛杉矶分校城市建筑设计学院的城市虚拟小组最近完成了整个洛杉矶盆地的建模工作。虚拟洛杉矶覆盖了超过 10000 平方英里，这仅是“虚拟世界数据服务项目”的一部分。这项雄心勃勃的项目，一旦完成，将用于城市模拟和各种数据形式的三维互动。最终，一些公司已经解决了应用于商业，旅游和娱乐的三维城市建模问题。本文接下来将讨论城市规划中虚拟现实设计中的角色分析，以及它的优缺点。最后总结了虚拟现实系统在城市规划上的适用性，结合笔者所带领的开发团队开发的虚拟现实在城市规划行业的辅助决策平台，展望未来的发展方向。城市规划的讨论 http:/更多测绘论文请登录测绘网论文频道
6、查询：http:/ 客服热线：010-52775185城市规划是一个复杂的过程，它涉及了社会，经济，物质以及空间视觉诸多方面，并且这些都不是独立的，它们彼此之间通过城市这个复杂的系统相互影响。因此在决策过程中彼此都有着互相依赖的辩证关系。因此，我们的讨论将围绕这这些方面进行。在整个过程中，任何一个都将与至少四个其完全不同的组别发生互动，彼此之间都往往会产生不同的矛盾，背景以及焦点。更加需要注意的是：规划者们关注政府规划成果，建筑师们服务于他们的客户，客户和公众则为他们自己考虑，各自的思路和想法都是不同的。此外，不同阶段的设计和决策过程中的不同需求，技能和能力，这些都使城市规划过程变得更为复杂和
7、困难。城市规划决策者和方案设计师之间存在着沟通的困难，以及更深层次的问题：政策，将最终导致不确定性和缺乏一致性。如何让决策者、方案设计者和公众共同讨论规划方案，就需要有比较好的工具表达方案的效果，使相互之间的表达更容易理解。城市 VR 的应用很多年来虚拟现实被赋予了多种定义。例如交互、沉浸、感官输入等已经被广泛地应用到虚拟自然界之中。早期，受思维特性的影响和资源限制，一个 VR 系统包括一个大的屏幕设备，具备至少 5 至 8 帧的屏幕刷新率。这样的装置可以在没有额外的设备下达到非常好的效果。但是，由于硬件的发展，刷新率不断的升高，最终应用到虚拟现实的改进模型之中。当前虚拟现实系统所面临的最重要
8、的可提示如何处理众多的大量的信息，而且还要可视化展示和进行数据查询、导航等。当我们把虚拟现实应用到城市尺度上的时候，大量的模型（超过 300 万个三角形）给系统带来的压力相当大。随着新技术的发展以及应用的普及，城市规划工具将会发展成为完全交互、多媒体的虚拟现实解决方案。最终决定采用什么样的方案进行城市规划，关键点在于工作量和效果之间的平衡。图 1 交互性与技术复杂度如图 1 所示，在技术最简单、交互性最差的层面上，是传统的 2D 图形，随着技术复杂度的稍稍提高，表现出来的是 3D 图形，但是应用范围与 2D 差别不大。再次的技术发展和交互性的提高，从 2D 和 3D 图形上升到多媒体表现形式上
9、，更容易理解，效果更好。当我们做到完全交互，技术复杂性相对提高，就是我们交互式的虚拟现实场景，可以任意实现展示效果。虚拟现实城市模型可以应用在两个层面上，最基本的，可以作为规划决策分析工具的描述和评价工具，更进一层，专业人员可以将其作为实时编辑的工具。依笔者的观点，虚拟现实的角色不仅仅是将现 http:/更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185实世界虚拟地展现出来，更多地是一种思想、设计的交流。虚拟现实模型不能够永远给人感觉是一种计算机制作出来的假象。所以我们需要寻求抽象模型和工作量之间的最佳结合点，既能够完成表达城市尺度上的大批量数据，又能够表现
10、的更加完美。建模工具创建模型描述了如何利用计算机和所存储的共享数据来表现自然世界，并创造、改变以及改进我们的城市。虽然 GIS 特征可以合并利用，但是目的却不是去简单建设一个 GIS 系统。使用互联网程序语言，例如 Java、Cobra 或者 ActiveX 技术，虚拟现实城市模型可以取代基于 2 维的应用。上面被提到的这些模型，都被应用于较低多边形纹理的商业广告工程之中，没有更多的层次细节。完美的模型包括很多层次的细节，但是它超过了本文所讨论的 3D 计算机城市模型，创建技术和应用潜力，更多的细节我们不在这里讨论。图 2 VRML 中的巴斯模型巴斯模型在创世伊始就已经得到了大规模的应用。到目
11、前为止，已经有了大量的重要想法融入其中。这些都被拥戴者以做成模型以便在设计时进行讨论并且在城市规划的时候展示出来。另外在发展控制中，模型也被用来在城市未来如何发展方面开阔公众视野。截至目前，模型已经被正射图片等展现出来。过去的三年，研究工具和更多的商业工具（VRML）已经被用于大部分的工作中。从 1997 年开始，巴斯模型已经被大量地用于规划控制。伦敦西部模型是低层次细节模型，并且最初是被英国电信用来模拟电话交换信号传播试验。用它作为数据前端来导航并在城市中绘制地图信息，由此在未来发布的互联网上创建地图。作为实验的一部分，免费的万维网资源应用已经结合了 3D 模型，创建超链接，用户可以升级数据
12、库。 http:/更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185图 3 伦敦西部模型另外，在其他很多地方，许多业者尝试结合计算机和规划行业应用。从简单的交互和处理开始，人们广泛地应用图片。随着时间推移，技术进步，人们开始结合使用动画、演示稿、图片、视频等。再后来使用导航功能进行可视化的交互，代替了已经编制好的命令。图 4 导航值得一提的是，荷兰的 IJburg 开始清晰地描述未来的城市规划方向， 1997 年 3 月，阿姆斯特丹的居民投票评选一个新的规划。以 3 维的互联网 VRML 语言表达该模型，Ijburg 模型由小的已经存在的Durgerdam、
13、Diemen、Muiden 村庄以及在他们所环绕的湖的发展规划所组成。该模型被 Dutch 电视台连续三星期播放。播放时间，公众可以拨打特定电话号码进行连接，通过规划发展模型和语音选项进行导航。导航随着电话按键的操作同步进行，按键按照人们的习惯来进行设置 http:/更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185（2 是向前，4 是转左，6 是转右等等）。每一个人会随着按键的操作在电视上看到同步的画面。90 秒后，操作者会被问及是同意还是反对该规划方案。当投赞成票，绿色球将会投向相应的位置，反之是红色球。投票后，访问者就可以离开模型。他们的意见就以刚才的
14、投票进行展现，后面的访问者也可以看到前面的访问者的选择。依笔者所知，这是第一个在城市尺度上进行规划应用的交互式的虚拟场景，无庸置疑，今后会越来越多。基于 VR 的规划的优点和很多新技术一样，VR 现身伊始，就在各个领域应用，处理众多可视化信息。VR 广泛应用在包括娱乐、信息管理、数据映射、医药可视化等各个行业，被认定可以作为各个行业问题的最优解决方案。VR 虽然不能在短时间内在每个领域发挥重要的作用，但是在城市规划中它的作用是显而易见的，VR 有助于在城市规划中处理各种复杂的问题，特别是在我们辅助决策和设计过程中举足轻重。传统的城市规划有哪些问题？首先，在时效上，传统规划太受局限，可能一个规划
15、方案做好之后，需要通过美工等多个环节处理，得到效果图，每一个细节的忽略可能导致要花费大量人力物力进行方案修改，时效性较差；由于技术手段的落后和资源的匮乏，缺乏现场的第一手资料，在细节上可能会形成交通、生活配套、不同视角的景观等纰漏；传统效果图视角有限，无法提供辅助决策，可能会出现许多隐藏在死角的绿化、道路等无法进行评判方案的优劣。相对传统规划手段，VR 在规划应用中有哪些优势？在实效上，可以轻松随意的移动、修改方案，可以立即发现和比较不同方案的优劣，时效性非常强；视角广泛，场景逼真，VR 可以充分利用 GIS、测绘、遥感、三维建模等数据，可以多角度、全方位观察规划效果；VR 可以轻松实现不同角度的观察效果，可以对任意位置进行任意角度观察，能够消除规划死角，充分考虑规划中的一草一木，以及和周围环境的关系；在这些优势所在，VR 比传统手段可以更短实现规划的设计、输出、描述等周期。交互式处理能力的提高，和 VR 技术的发展，使 VR 在城市规划上的优势日趋明显。另外，随着 VR和 GIS、测绘、
