虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時輔助城市規(guī)劃設(shè)計初探

李志峰

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與城市規(guī)劃設(shè)計的有機(jī)結(jié)合不僅可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)計工作質(zhì)量的有效提升，同時可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)計質(zhì)量的保障。沉浸感以及交互作用是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的顯著特征，3D建模技術(shù)以及動態(tài)繪制技術(shù)等是虛擬技術(shù)的重要組成部分，這不僅對城市規(guī)劃設(shè)計工作自身發(fā)展有促進(jìn)作用，同時對社會以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展有積極意義。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；實(shí)時輔助；城市規(guī)劃設(shè)計

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)可以幫助使用者實(shí)現(xiàn)親身體驗(yàn)的一種技術(shù)，通過計算機(jī)的仿真系統(tǒng)對信息世界進(jìn)行虛擬創(chuàng)建，這對實(shí)現(xiàn)多源信息的有效結(jié)合有極大的促進(jìn)作用，同時可實(shí)現(xiàn)對三維動態(tài)視景以及實(shí)體行為的創(chuàng)建。城市規(guī)劃對城市發(fā)展有直接影響，因此為在真正意義上促進(jìn)城市發(fā)展，必須實(shí)現(xiàn)對城市的合理規(guī)劃。高效便捷是虛擬技術(shù)的顯著優(yōu)勢與特征，在實(shí)際開展城市規(guī)劃設(shè)計時可對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行利用，這可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計師以及審核人員對設(shè)計結(jié)果的直觀體驗(yàn)，對成城市規(guī)劃設(shè)計方案的優(yōu)化與完善有極大的促進(jìn)作用。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括兩個基本要求，分別為沉浸感與交互作用。沉浸感可將身臨其境的感覺提供給使用者，這對系統(tǒng)的技術(shù)措施有較高要求，不僅需要對是視覺、聽覺以及嗅覺等進(jìn)行滿足，同時需要對感官形式進(jìn)行全方位的滿足，最終實(shí)現(xiàn)虛擬世界的有效創(chuàng)建。交互作用是指使用者與虛擬世界之間存在不可分割的密切關(guān)系，使用者的行為會對虛擬世界產(chǎn)生影響，同時虛擬世界也會將這種影響反饋給使用者。經(jīng)過不斷的實(shí)踐與發(fā)展，虛擬技術(shù)已經(jīng)取得不小的進(jìn)步，但在實(shí)際應(yīng)用方面還是存在相應(yīng)的缺陷，這需要我們進(jìn)行不斷的努力與磨合。城市在不斷發(fā)展與進(jìn)步，相對的規(guī)劃調(diào)整方案也需要進(jìn)行不斷的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)二者相互適應(yīng)的目標(biāo)，這會促使虛擬技術(shù)朝不斷完善方向發(fā)展。

應(yīng)用效果顯著是虛擬技術(shù)與城市設(shè)計規(guī)劃的顯著特點(diǎn)，設(shè)計師為實(shí)現(xiàn)對設(shè)計效果的真實(shí)體驗(yàn)，必須對虛擬技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的運(yùn)用，這可從根本上對空間設(shè)計的合理性進(jìn)行保障。其他審核人員以及城市居民也可通過虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對城市設(shè)計規(guī)劃的真實(shí)體驗(yàn)，以便于提出意見以及建議實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃設(shè)計工作的完善與優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)在保證城市設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上提升工作效率的目標(biāo)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及城市規(guī)劃設(shè)計需要多種結(jié)束協(xié)調(diào)完成，我們主要將其總結(jié)為以下幾點(diǎn)并進(jìn)行仔細(xì)分析。

（1）3D建模技術(shù)。幾何建模以及行為建模是3D建模技術(shù)的重要組成部分，同時也是實(shí)現(xiàn)虛擬世界創(chuàng)建的基礎(chǔ)與前提，為在真正意義上實(shí)現(xiàn)對三維模型的有效建立，必須對設(shè)計部門提供的信息進(jìn)行科學(xué)合理的建立。

（2）實(shí)時動態(tài)描繪技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)對方位畫面的有效創(chuàng)建必須對該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行利用。處理量極大以及難度較高是該項(xiàng)技術(shù)的顯著特征，但可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的真實(shí)體驗(yàn)。

（3）人及自然交互技術(shù)，能夠消除人與虛擬世界之間的界限，以視覺、觸覺、聽覺等多種形式讓使用者真實(shí)感受到虛擬世界，并且對其產(chǎn)生真實(shí)的影響。

（4）立體顯示和傳感器技術(shù)，利用全息技術(shù)能夠真實(shí)還原物體的三維信息，逼真效果更佳，再通過傳感器技術(shù)讓使用者獲得真實(shí)的感知。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時輔助城市規(guī)劃設(shè)計的具體流程

1.獲取城市規(guī)劃設(shè)計信息

一般情況下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，都是以相關(guān)設(shè)計院與專業(yè)的VR技術(shù)公司合作的形式進(jìn)行的，所以首先VR技術(shù)部門需要先了解虛擬世界創(chuàng)新的一些基本信息。以廣州珠江新城的城市仿真系統(tǒng)為例，珠江新城連接著廣州越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)，地理位得天獨(dú)厚，交通便利，在規(guī)劃設(shè)計方案中，該地區(qū)被劃分為以居住為主的東區(qū)和以商務(wù)辦公為主的東區(qū)。在了解這些信息時，需明確該區(qū)域城市規(guī)劃的空間設(shè)計，以及相關(guān)標(biāo)志建筑物的地理位置，然后結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚丶畔?、?guī)劃設(shè)計方案建立三維模型。

2.選擇合適的VR系統(tǒng)

在城市規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的組成部分為：①硬件系統(tǒng)，包括服務(wù)器、工作站等形式的計算機(jī)平臺，頭盔、立體眼鏡等形式的顯示系統(tǒng)，以及虛擬音效系統(tǒng)、交互設(shè)備系統(tǒng)等虛擬外設(shè)；②軟件系統(tǒng)，包括建模軟件和演示軟件。根據(jù)城市規(guī)劃設(shè)計質(zhì)量的要求選擇合適的VR系統(tǒng)，配置合適的開發(fā)工具，一般為了保證虛擬世界的運(yùn)行效果，會選擇較高的配置。

3.具體數(shù)據(jù)信息的采集轉(zhuǎn)換

虛擬世界的創(chuàng)建，其實(shí)就是將真實(shí)的場景轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息，再將這些信息轉(zhuǎn)化為仿真場景的過程。因此，在城市規(guī)劃設(shè)計中建立虛擬世界，首先需要獲取大量的真實(shí)測繪信息，采用航拍等方式獲取真實(shí)影像并通過相關(guān)測繪軟件轉(zhuǎn)化提取出模型數(shù)據(jù)信息，包括各個區(qū)域的建筑模型地理位置及相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，然后將這些信息分門別類，輸入VR軟件技術(shù)系統(tǒng)中。

4.虛擬場景建模及渲染

在收集到足夠的建模信息后，就可以開始建立虛擬的場景，利用專業(yè)的虛擬形式建模語言VRML解決實(shí)景建模問題，制作大量的以建筑物為主體的是三維實(shí)體模型，然后利用Multi Gen Crestor軟件生成實(shí)體的紋理、質(zhì)地、光影變化等三位效果，讓實(shí)體模型在視覺效果上更加真實(shí)。三維效果是確保場景真實(shí)性的必要因素，而且隨著使用者視角的變化這些效果也應(yīng)該隨之改變，這樣能夠提升虛擬世界的沉浸感，消除使用者與虛擬世界之間的隔閡。

5.虛擬環(huán)境的合成調(diào)試及漫游

在最終階段，需要對虛擬世界的漫游系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，然后再調(diào)整相關(guān)的使用設(shè)備，比如說投影屏幕和頭盔等。在這一階段，技術(shù)人員通常會讓設(shè)計師或者是找一些群眾體驗(yàn)一下，抗是否在感官上有異常的或者不真實(shí)的感覺，不斷調(diào)試，設(shè)置最佳的感官路線，確定最佳的創(chuàng)建方案。

基于VR平臺的專業(yè)分析對于城市規(guī)劃設(shè)計的意義是顯而易見的，但是，目前已有的VR軟件所能提供的城市規(guī)劃專業(yè)分析功能還非常有限。這種情況是由很多原因造成的，其一是與大多數(shù)的VR軟件為通用軟件而非專門面向城市規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的軟件有關(guān)，其二是與城市規(guī)劃設(shè)計對于VR技術(shù)的專業(yè)分析功能的需求還不是很明朗、尚不能被轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的軟件研發(fā)需求有關(guān)，另外也與某些專業(yè)分析需要以專業(yè)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)而相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型本身門檻高、難度大、尚未成熟有關(guān)。因此，規(guī)劃師在應(yīng)用現(xiàn)有VR軟件的同時，也有必要對VR技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展和深入應(yīng)用提出需求和建議。

三、結(jié)語

一個城市要想長期穩(wěn)定地發(fā)展，必須要找準(zhǔn)城市發(fā)展的定位，制定符合城市發(fā)展現(xiàn)狀的長期戰(zhàn)略，同時做好規(guī)劃設(shè)計工作，確保各項(xiàng)城市基礎(chǔ)設(shè)施的建立及相關(guān)區(qū)域劃分的科學(xué)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用，能夠讓設(shè)計師及其他使用者真真切切地感受到設(shè)計方案實(shí)施之后整個城市的模樣，全面而直觀感受到設(shè)計方案是否科學(xué)合理，做出真實(shí)的評價，這對于設(shè)計部門而言是最大的幫助，能夠大大提高其工作效率，確保規(guī)劃設(shè)計方案的質(zhì)量，給人民交出一份滿意的答卷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳生輝，郭娜.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時輔助城市規(guī)劃設(shè)計研究[J].工業(yè)，2017（1）：00146-00146.

[2] 鄭尚敏.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時輔助城市規(guī)劃設(shè)計研究[J].建筑知識：學(xué)術(shù)刊，2014（B05）：373-373.