基于VR技術(shù)的虛擬游覽場景的快速構(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)

基于VR技術(shù)的虛擬游覽場景的快速構(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題,很多研究者對城市道路的交通現(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)計的一個重要手段,可以從交叉口的設(shè)計、交通游覽的組織和渠化以及信號控制等各方面對交通游覽現(xiàn)狀進行仿真分析,在費用及時間投入都很少的情況下及時得出評估結(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)域的一個基礎(chǔ)性應(yīng)用工具,廣泛應(yīng)用于交通工程的各個領(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,尚缺乏一個基于計算機輔助的能將道路游覽和交通設(shè)計有機結(jié)合在一起的靈活的工具平臺,這也是造成目前道路幾何設(shè)計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。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,以及在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,極大的促進了各項事業(yè)的發(fā)展。由于圖形圖像信息的直觀性,計算機可視化技術(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)域都逐漸利用計算機圖形圖像來加強信息的傳遞和理解。改進、完善虛擬城市交通游覽仿真領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀,促進新技術(shù)與未來的研究發(fā)展是本文的主要目標。

VR是一種用于研究地球科學(xué)的、或者以地球系統(tǒng)為對象的虛擬現(xiàn)實、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模塊而存在,而是整個系統(tǒng)的應(yīng)用核心。

本課題的研究意義及研究價值有以下幾點

①為城市游覽的管理與設(shè)計提供更先進的技術(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。在各級政府對城市交通日益重視、社會各界對城市游覽日益關(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)計的反復(fù)修改和規(guī)劃方案的多番論證提供了平臺。大大降低了建設(shè)成本和返工損失,具有顯著的社會經(jīng)濟價值。

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)了強大的生命力和潛在能力,系統(tǒng)模型描述的準確性和靈活性,交通分析的開放性,交通狀態(tài)的描述能力等方面具有非常明顯的優(yōu)勢。

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

1城市虛擬游覽場景的建模與應(yīng)用

虛擬游覽場景的運用離不開虛擬地形場景的生成和顯示，它是VR技術(shù)在城市領(lǐng)域中的一個重要應(yīng)用。虛擬地形環(huán)境是指利用真實世界的幾何和圖像數(shù)據(jù),運用建模技術(shù),生成一個在視覺效果、圖像真實感、人機交互等方面都可以和真實環(huán)境相媲美的三維虛擬地表環(huán)境。具有真實感的虛擬地形,不僅要求模型的幾何精度和圖像精度要盡量和真實地形保持一致,同時也需要再現(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、幾個方面三維地形建模技術(shù)地形簡化和多分辨率表示技術(shù)真實。3、感地形生成技術(shù)三維實時交互技術(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)具有離散性并且計算和存貯量較大,對硬件的性能要求較高,所以目前地形三維模型的實時繪制主要采用面繪制技術(shù)。基于地面繪制的三維地形可視化技術(shù)可以歸納為三類分形地形仿真、曲面擬合地形仿真和基于真實地形數(shù)據(jù)的多邊形模擬。

2城市虛擬游覽三維場景數(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、降雨量和人口分布等。

城市虛擬游覽三維場景建模技術(shù)主要分為基于圖形的建模和基于圖像的建模兩大類。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)?；趫D像的建模技術(shù)是通過圖像來生成不同視點處的場景畫面,其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是柵格圖像數(shù)據(jù)?；趫D形的三維建模具有較強的真實感,而且與空間屬性信息相連,在側(cè)系統(tǒng)中易于建立拓撲關(guān)系,但是由于目前實時渲染算法尚不成熟,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,因此三維場景實時渲染的性能不高?；趫D像的建模技術(shù)克服了數(shù)據(jù)量大的缺點,它采用紋理映射技術(shù)取代幾何實體模型,以較小的數(shù)據(jù)量構(gòu)建三維場景,不過,利用該方法建立的虛擬場景交互性比較差,與之屬性數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)比較困難,游覽虛擬場景的真實感也不強。綜合考慮兩種方法的優(yōu)缺點,目前有些學(xué)者提出了將兩者互相結(jié)合,充分利用優(yōu)勢互補,構(gòu)建具有高度沉浸感的虛擬場景。

VR技術(shù)是一個復(fù)雜的信息系統(tǒng),還有諸多問題沒有得到很好的解決,除了硬件的不斷發(fā)展,軟件技術(shù)還要深入擴展和研究,從而為我們提供了豐富的研究內(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)本身的前進而不斷深入。論文實現(xiàn)的城市微觀游覽虛擬仿真系統(tǒng)還存在一些不足之處,有待于進一步的完善和發(fā)展。

中圖分類號:TP311

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)12-0007-01