基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的城市三維智慧應(yīng)用的研究

黃愛華 羅霖 唐云妹（柳州市勘察測繪研究院，廣西 柳州 545006）

1 引言

隨著計算機視覺、圖像圖形，計算機軟件、硬件及三維地理信息系統(tǒng)（3D GIS）技術(shù)發(fā)展應(yīng)用日趨成熟，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用也不僅僅局限于游戲，也越來越廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。柳州市城市三維模型已全市域覆蓋，城市三維模型信息系統(tǒng)的建成，可為城市規(guī)劃建設(shè)管理多種領(lǐng)域提供基礎(chǔ)性服務(wù)，借助虛擬現(xiàn)實的技術(shù)裝備及系統(tǒng)平臺，讓城市管理者可以更加形象、直觀，就像身處現(xiàn)場一樣的進(jìn)行“實際”的城市建設(shè)項目、城市部件等管理。

本文通過蔚萊別苑VR選房系統(tǒng)的實現(xiàn)，探索了城市三維智慧應(yīng)用的主要技術(shù)節(jié)點，主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計、VR技術(shù)的運用及實際體驗以及多種手段的數(shù)據(jù)采集等方面的內(nèi)容。

2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)是二十世紀(jì)末發(fā)展起來的由應(yīng)用驅(qū)動的涉及眾多學(xué)科的高新實用技術(shù)，是在計算機圖形學(xué)、計算機仿真技術(shù)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及遙感器技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門交叉技術(shù)①。 虛擬現(xiàn)實的使用場景可以按消費級市場和企業(yè)級市場劃分，消費級市場集中在視頻、游戲場景，企業(yè)級市場則主要在工業(yè)、服務(wù)、軍事、醫(yī)療、建筑、教育等場景等。

通常具有以下幾方面的特性：

多感知性：指除一般計算機所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。

沉浸感：指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難辨真假的程度。

交互性：指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。

自主性：指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律動作的程度。

3、基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維選房系統(tǒng)實現(xiàn)

已完成蔚萊別苑項目VR看房、三維選房系統(tǒng)的研發(fā)，在城市三維模型系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過無人機實景三維模型建設(shè)、無人機高空全景拍攝、VR、三維GIS等多種技術(shù)融合、開發(fā)完成。

該系統(tǒng)可通過鳥瞰、內(nèi)部漫游、動畫及宣傳視頻播放等形式對項目全面展現(xiàn)，讓客戶身臨其境體驗項目 的區(qū)位優(yōu)勢、小區(qū)景觀、城市風(fēng)貌、樓盤樣板間等，增強了項目展示的完整性和趣味性。通過該項目的開發(fā)研究，實現(xiàn)了VR看房、三維選房、項目進(jìn)度監(jiān)控、樣板房虛擬展示、消防模擬等方面智能化、數(shù)字化及場景化的智慧應(yīng)用。

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

◆品牌簡介：視頻、酷炫UI、特效相結(jié)合，電子樓書的方式塑造品牌高端形象；

◆區(qū)位交通：對周邊控規(guī)區(qū)域進(jìn)行全三維還原，將現(xiàn)實世界與未來世界融合呈現(xiàn)在客戶眼前，可任意角度旋轉(zhuǎn)、放大、縮??；讓用戶由遠(yuǎn)及近體驗項目的交通概況，突出表現(xiàn)區(qū)位優(yōu)勢、周邊配套等。

◆實景體驗：高精細(xì)三維模型制作虛擬小區(qū)綠化景觀環(huán)境，用戶選擇小區(qū)任一路徑、佩戴VR設(shè)備身臨其境在小區(qū)自由行走、720度感受小區(qū)的鳥語花香。

◆選房面板：將業(yè)主提供的項目指標(biāo)數(shù)據(jù)、實時的動態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理。用戶可以通過價格、朝向、戶型、面積來篩選戶型、查看是否出售等信息?？梢栽谌S視圖中，以高亮閃爍形式表現(xiàn)，戶型所處樓棟，朝向，位置信息。同時也讓管理者實時動態(tài)掌握項目的具體情況。

◆戶型品鑒：建立戶型、裝修風(fēng)格、家具等數(shù)據(jù)庫，用戶佩戴VR設(shè)備身臨其境在客廳、房間、陽臺、窗戶等區(qū)域自由行走，切實體驗房屋戶型結(jié)構(gòu)是否合適，室外景觀、采光通風(fēng)等是否滿意等。可以為客戶實現(xiàn)改變裝修風(fēng)格，調(diào)整家具尺寸大小等智能化高端定制。

3.2 多種技術(shù)相結(jié)合三維模型制作

3.2.1 數(shù)據(jù)來源：高精度地形圖數(shù)據(jù)、無人機的傾斜攝影、無人機高空全景拍攝、高清照相機等多種手段，實現(xiàn)了多種采集手段、多種數(shù)據(jù)格式、多源數(shù)據(jù)產(chǎn)品的及時獲取、處理及融合。

◆無人機傾斜攝影：測繪地理信息行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)一項新型快捷的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。通過在同一飛行器上搭載多臺傳感器，同時從一個正攝、四個傾斜等五個不同的角度采集影像數(shù)據(jù)。采用專業(yè)的解算軟件，最后輸出模型紋理清晰逼真的三維實景模型。另外從傾斜影像可以批量提取建筑物頂部結(jié)構(gòu)及建筑物紋理，極大提高了城市三維建模數(shù)據(jù)采集效率，同時也為模型模型細(xì)部分析時提供的可靠的參考，特別是復(fù)雜的建筑、地區(qū)。

◆高空全景拍攝

無人機定點懸停指定高度，單點進(jìn)行360全景拍攝，在鳥瞰數(shù)據(jù)采集中具有重要意義。航拍可不受地面障礙物的遮擋，清晰地俯瞰并記錄拍攝對象及其所在地理環(huán)境的外部信息。對項目總體效果控制起到了非常重要的作用。

3.2.2 三維模型制作

城市三維模型包括地形模型、建筑模型、交通設(shè)施模型以及其他模型等,按區(qū)域的重要性，分等級進(jìn)行模型精細(xì)度的劃分，參照國家規(guī)范，分四級進(jìn)行。采用3d max三維建模軟件進(jìn)行全要素規(guī)范化三維模型制作，烘焙渲染，導(dǎo)入到城市三維模型管理信息系統(tǒng)。

4、小結(jié)

通過蔚萊別苑VR選房系統(tǒng)開發(fā)項目制作研究了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的城市三維智慧應(yīng)用主要技術(shù)，研究了管理系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容、實際體驗VR技術(shù)運用于項目管理的效果，為后續(xù)項目全面開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時現(xiàn)勢性，我們采用多種手段，快速高效的采集地理信息相關(guān)要素。通過快速高效的精確、詳實、豐富的基礎(chǔ)地理信息，可提效增質(zhì)的保障城市建設(shè)和規(guī)劃管理工作，為政府部門和社會公眾提供權(quán)威可靠的空間信息服務(wù)，為實現(xiàn)“三維智慧城市管理”建設(shè)的保駕護(hù)航。