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1、虚拟现实技术的应用虚拟现实技术的应用论文关键词：虚拟现实 城市规划 建模 仿真论文摘要：随着虚拟现实技术的出现，城市规划建设发生了革命性的变化。而虚拟现实建模语言 VRML 正是相应其产生的，人们可以根据自己的丰富的想象力模拟构造出任意模型，从而实现城市规划的预见。当然，也可以从模型中发现缺点和不足，从而做进一步的改进和完善。本文正是基于这种技术和 VRML 开发工具实现了城市的仿真，能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可以从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，公众的参与也能真正得以实现。本文研究的主要是虚拟现实技术在城市规划领域中的应用
2、。意义在于针对现代城市建设的盛行，利用环境学、工程学、规划设计等的综合，将虚拟现实技术运用其中，实现对城市的仿真，更真实、鲜明、生动地展现城市面貌，便于对城市规划的可行性研究，有利于城市的规划，建设和完善。Abstract ：The city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. And Virtual Reality Modeling Language happens to come into being going with it. Peop
3、le could construct any model according to his imagination, consequently the expectation of the city planning can be achieved. Certainly we could find out the error and insufficiency, so that we could modify and improve it. The article bases on this technology and VRML exploitation tool to implement
4、city emulation. It can make government layout department, project developer, engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying VR technology, and make them grip the citys conformation and understand the purpose of the designer, and the participation of th
5、e public could come true.This paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. The significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics, engineering, layout and VR technology. Consequently we can show the more real, brilliance, dram
6、atic citys visage, so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning, citys construct and city perfect.Keywords ：Virtual Reality；City planning；Modeling；Emulation第一章 绪 论1.1 什么是虚拟现实技术虚拟现实是计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。虚拟环境是由计算机
7、生成的，它通过人的视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的视景仿真。它是一门涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象并与之交互。虚拟现实不是真的，也不是现实，它只是一个在桌面上可实时地做交互式三维图形用户界面的工具。就像窗口系统及鼠标驱动用户界面一样，虚拟现实可使计算机的运用更加有效、透明。根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，将用户在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据，使人有一种身临其境的感觉。虚拟现实是一门综合技
8、术，它以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、人机界面技术、显示技术、伺服技术等，来生成一个逼真的三维视觉以及嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自身的功能和一些设备，对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察1。虚拟现实有三大特点：浸沉感、交互性和构想性。浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中，具有和在真实环境中一样的感觉；交互性指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容；构想性指虚拟的环境是人构想出来的，因而可以用以实现一定目标的用途。1.2 虚拟现实技术的发展前景虚拟现实（Virtual Reality，VR）是近来计算机网
9、络世界的热点之一，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，更是数字地球概念提出的依据和基础技术。虚拟现实的应用领域十分广泛，主要在工程设计、计算机辅助设计（CAD） 、数据可视化、飞行模拟、多媒体远程教育、远程医疗、艺术创作、游戏、娱乐等方面。 Web 的出现更使虚拟现实技术引起人们普遍的关注。人们对它寄予厚望，希望利用这个技术使世界各地的人，可以在三维环境下交流。多个用户可以进行基于文本的或是声音技术的闲谈，在网上建立一个真正的三维社区已不再只是梦想中的事2。虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界
10、、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备，我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。因为数字地球带给我们的是一个绚丽多彩的三维的世界!我们相信社会的发展和技术的创新使这一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的将来，或许就在十年以后，或许二十年以后。1.3 国内外虚拟现实技术的研究概况美国是 VR 技术的发源地。美国 VR 研究技术的水平基本上就代表国际 VR 发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主
11、要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模 VR 知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。在 VR 开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面，在欧洲英国是领先的。到 1991年底，英国已有从事 VR 的六个主要中心，它们是 WIndustries（工业集团公司） ，British Aerospace（英国航空公司） ，Dimension International，Division Ltd，Advance
12、d Robotics Research Center 和 Virtual Presence Ltd（主要从事 VR 职产品销售）3。和一些发达国家相比，我国 VR 技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展 VR 技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把 VR 列入了研究项目。 在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行 VR 研究、最有权威的单位之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚
13、拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用于飞行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接3。浙江大学 CADCG 国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，另外，他们还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。哈尔滨工业大学计算机系已轻成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，话音和语调的向步
14、等。还有其他一些大学在虚拟现实发面取得了骄人成绩，在这里就不再介绍了。总之，虽然我们和其他一些发达国家相比还存在差距，但我国的发展前景还是很光明的，需要大家的不懈努力。1.4 本文研究的主要内容本文主要是介绍了虚拟现实技术极其应用，及其相应的实现工具 VRML 语言。通过对城市的模拟设计，更深入的了解虚拟现实技术及掌握 VRML 语言的使用。第一章主要讲了虚拟现实技术的基础知识、发展前景以及现今国内外的发展状况。以便让读者对虚拟现实技术有一定的了解。第二章主要讲了虚拟现实技术的实现工具 VRML 语言的发展历史，虚拟现实与 VRML 的联系以及 VRML 的创作原理等，目的是使得读者可以很快掌
15、握 VRML。第三章是系统的概要设计，主要讲了虚拟现实技术的应用和VRML 的使用。通过介绍虚拟现实技术在城市规划领域的应用，物理建模技术以及城市模型的概要设计，使得读者对虚拟现实技术的了解更加深入和透彻。第四章主要讲了系统的详细设计，主要是告诉读者怎样利用VRML 语言实现模型的虚拟实现。通过本章的学习可以使读者的运用VRML 语言的能力大大增强。第五章主要讲了在系统的设计过程中遇到的问题及相应的解决方法。第二章 VRML 简介2.1 VRML 的发展历史VRML 使用场景图数据结构来建立 3D 实境，这种数据结构是以SCI 开发的 Open Inventer 3D 工具包为基础的一种数据结
16、构。VRML的场景图是一种代表所有 3D 世界静态特征的节点等级：几何关系、材质、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。几乎所有的生产三维产品的厂商，无论是 CAD、建模、动画、虚拟现实，还是VRML,它们的结构核心都是场景图。1993 年 9 月，Tong Parisi 和 Mark Pesce 开发了第一个 VRML浏览器，称为 Labyrinth，它是 WWW 上三维浏览器的原形。1994 年春，在日内瓦第一届 WWW 大会上，由 Tim Berners-Lee和 Dave Raggett 所组织的一个名为 Bird_of_Feather (BOF)的小组提出了 VRML 这个名字，当时所代表的含义是 Virtual Reality Makeup Language，但是后来为了反映三维世界的建立而改成了Virtual Reality Modeling Language，缩写为 VRML。在这次大会以后，一个 www-vrml mail list 的组织成立了，Silicon Graphics，Inc(SGI)的 Gavin Ball 通过选
