虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用探究

孫聆

摘要：在科技水平不斷提升的二十一世紀(jì)，我國(guó)城市化的發(fā)展也越來越迅速，城市規(guī)劃離不開科學(xué)技術(shù)的支持。本文先簡(jiǎn)單介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義、特征以及其關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)探討了這一技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，體現(xiàn)在對(duì)城市居民區(qū)的建模計(jì)劃、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、人機(jī)交互等方面，同時(shí)分析了其應(yīng)用意義，旨在為城市的可持續(xù)發(fā)展做出一些參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);城市規(guī)劃;關(guān)鍵技術(shù)

引言：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前仍處于探索階段，理論和實(shí)踐都在完善過程中，其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，使城市規(guī)劃脫離了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的表格、圖紙等模型，提供了全新的研究領(lǐng)域，使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，構(gòu)建更真實(shí)、直觀、清晰的城市結(jié)構(gòu)，可以更有效的分析城市規(guī)劃方案。

1? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（縮寫VR）是一種先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)將現(xiàn)實(shí)和虛擬結(jié)合的全新實(shí)用技術(shù)，可以通過操作給人帶來真實(shí)的反饋。它涵蓋了許多計(jì)算機(jī)、電子信息等技術(shù)，隨著科技和社會(huì)水平的提升，被廣泛應(yīng)用于教育、航空航天、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)、影視娛樂等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)，讓計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，將物體或物質(zhì)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的電子信號(hào)或和其他設(shè)備一起表現(xiàn)出來。從二十世紀(jì)八十年代開始，美國(guó)展開了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，國(guó)內(nèi)對(duì)其探索正處于剛剛開始的階段，在城市規(guī)劃中的應(yīng)用還十分有限。

2? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基本特性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有其獨(dú)特的特性，還處于發(fā)展、尋求人們了解認(rèn)可的階段，分為以下三點(diǎn)：1.沉浸性。讓體驗(yàn)者能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不被身處的環(huán)境所干擾，完全沉浸在虛擬世界中。2.交互性。讓體驗(yàn)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行活動(dòng)，并且得到反饋。3.想象力。體驗(yàn)者通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬世界進(jìn)行聯(lián)想，將想象的內(nèi)容通過虛擬世界表現(xiàn)出來。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 視覺仿真

是延伸人類感官的多種科技結(jié)合的技術(shù)。通過對(duì)現(xiàn)實(shí)或虛擬世界對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行渲染，以達(dá)到想要的視覺效果。

2.2.2 3D建模

三維模型建立技術(shù)是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)，通常使用建模軟件（CAID、CAD等），來定義虛擬環(huán)境，構(gòu)建出有三維數(shù)據(jù)的模型。

2.2.3 人機(jī)交互

通過控制體驗(yàn)者的狀態(tài)，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟件中進(jìn)行交互。在虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)中，可以利用傳感器完成體驗(yàn)者和系統(tǒng)的交流互動(dòng)[1]。

2.2.4 動(dòng)態(tài)3D聲音

是指可以使用人工編程設(shè)計(jì)、第三方聲音軟件或綜合3D聲音模擬，在3D虛擬環(huán)境中產(chǎn)生聲音的軟件，能夠動(dòng)態(tài)地增加體驗(yàn)者的沉浸感受，在進(jìn)行城市場(chǎng)景模擬漫游時(shí)會(huì)用到。

3? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃的應(yīng)用及意義

3.1 應(yīng)用

3.1.1 城市居民區(qū)的建模規(guī)劃及步驟

對(duì)居民區(qū)的整體布局和空間環(huán)境進(jìn)行了解，完成設(shè)計(jì)步驟，再使用虛擬建模軟件（AutoCAD、3DMAX等）對(duì)城市居民區(qū)進(jìn)行虛擬的設(shè)計(jì)規(guī)劃。主要分為三個(gè)方面：（1）對(duì)城市居民區(qū)的建筑場(chǎng)景、不同建筑的具體分布情況、建筑物的長(zhǎng)寬高、朝向、顏色等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。通過這些數(shù)據(jù)，對(duì)建筑的不同間隔、獨(dú)特風(fēng)格和形式、樓層、面積等來設(shè)計(jì)布置。（2）運(yùn)用建模軟件（OpenGL、3DMAX、AutoGAD等），完成城市居民區(qū)域的建筑模型、環(huán)境模型、植物模型，人物模型等，以住宅樓、辦公樓、公園、植物、地面等為主要的建模內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）設(shè)計(jì)多種方案進(jìn)行對(duì)比調(diào)整。針對(duì)城市居民區(qū)設(shè)計(jì)的規(guī)劃方案，將設(shè)計(jì)的虛擬場(chǎng)景與構(gòu)建的多種3D模型融合，進(jìn)行對(duì)比和改進(jìn)，篩選出合適的建筑模型方案，建立完整清晰的城市居民區(qū)虛擬模型，使后臺(tái)管理模塊進(jìn)入以便進(jìn)行后續(xù)的場(chǎng)景維護(hù)[2]。

3.1.2 城市居民區(qū)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)及3D建模

（1）城市居民區(qū)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)要采集真實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比例縮放，帶入到虛擬空間中進(jìn)行居民區(qū)空間的真實(shí)模擬。使用建模軟件搭建城市整體居民區(qū)的框架，設(shè)計(jì)人員主要根據(jù)樓盤的方位和建筑的布局進(jìn)行3D的設(shè)計(jì)和調(diào)整，最后根據(jù)不同的建筑模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。

（2）城市居民區(qū)虛擬場(chǎng)景的3D建模，首先要利用建模軟件進(jìn)行原始模型分類再構(gòu)建，將平面圖導(dǎo)入建模軟件進(jìn)行修剪、焊接命令、墻體輪廓線條封閉等處理。再使用繪圖軟件對(duì)虛擬模型進(jìn)行填充，使其擁有更完整的立體三維特性。在完成模型構(gòu)建后，使用場(chǎng)景繪制技術(shù)提高模型的逼真程度。最后使用拓展插件進(jìn)行虛擬場(chǎng)景的空間場(chǎng)景渲染，使場(chǎng)景更加逼真。在進(jìn)行場(chǎng)景渲染時(shí)，通常會(huì)將城市居民區(qū)分成小空間場(chǎng)景依次進(jìn)行完成。對(duì)不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，依靠不同的設(shè)計(jì)方案構(gòu)建居民區(qū)虛擬3D數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行場(chǎng)景模擬。

3.1.3 人機(jī)交互、漫游功能設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，需要在城市居民區(qū)3D建模完成后將虛擬空間情景帶入可視化交互平臺(tái)。例如：使用三維仿真平臺(tái)，連接設(shè)備，進(jìn)行人機(jī)交流互動(dòng)，使體驗(yàn)者感官感受虛擬3D環(huán)境。三維仿真平臺(tái)能夠使體驗(yàn)者在不同場(chǎng)景下進(jìn)行城市居民區(qū)預(yù)覽漫游，將各個(gè)場(chǎng)景融合到一起，通過佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備。完成設(shè)定好的城市居民區(qū)的漫游路線，在使用時(shí)，對(duì)整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行輪廓抓取。

3.1.4 破壞城市的重建規(guī)劃

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建造一座被損毀城市的虛擬場(chǎng)景，可以幫助城市進(jìn)行重建。規(guī)劃人員可以在虛擬世界中執(zhí)行拆毀模擬，拆毀建筑、改變綠化環(huán)境等，帶入城市的相關(guān)信息通過虛擬模型進(jìn)行重建任務(wù)，有利于破壞城市的重建。

3.1.5 小區(qū)的規(guī)劃

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到小區(qū)規(guī)劃，在原始建模時(shí)，進(jìn)行合理規(guī)劃，可以利用建模來觀察規(guī)劃是否合理。

3.1.6 城市虛擬建筑設(shè)計(jì)

建立實(shí)時(shí)3D建筑系統(tǒng)的模擬，可以加入工廠、公園等元素進(jìn)行模擬，在虛擬環(huán)境下進(jìn)行模擬演示。

3.2 意義

3.2.1 提高方案通過效率

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃，可以有效地提高設(shè)計(jì)方案和審核的效率。設(shè)計(jì)者可以通過虛擬顯示技術(shù)，在設(shè)計(jì)方案中及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化整改，有效縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間和成本，審核的過程中如果建立審核模型，也可以有效提高審核效率。

3.2.2 有效進(jìn)行問題分析

通過三維模型的建立，對(duì)城市規(guī)劃的計(jì)劃和城市的發(fā)展進(jìn)行全面的觀察分析，還能夠結(jié)合城市的實(shí)際因素對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)有效、具體的分析，對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行跟蹤式3D模型建立，避免設(shè)計(jì)的失誤對(duì)城市規(guī)劃造成影響。

3.2.3 提高規(guī)劃管理效率

對(duì)于比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)，需要應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)行快速、有效的處理，提高城市規(guī)劃管理效率。同時(shí)，亦可使用該技術(shù)來進(jìn)行城市規(guī)劃信息的發(fā)布和管理，幫助政務(wù)公開和社會(huì)信息的發(fā)布和宣傳[3]。

3.2.4 促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用還不夠直觀，通過將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于城市規(guī)劃，可以使人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)城市發(fā)展有重大意義進(jìn)行了解，促進(jìn)學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中得到更廣泛的應(yīng)用。

結(jié)論：在進(jìn)行城市規(guī)劃時(shí)，要合理運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這種技術(shù)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，更加直觀、便捷、高效，有效地提高了城市規(guī)劃的設(shè)計(jì)效率和水平。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，也存在著許多問題有待解決，需要積累國(guó)外研究的成果和經(jīng)驗(yàn)，圍繞城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的方向進(jìn)行研究總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張斌.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用探究[J].電腦與信息技術(shù)，2018，v.26;No.153（03）：57-59.

[2]潘鋒.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].城市周刊，2019，000（014）：P.26-26.

[3]蘇志遠(yuǎn).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，000（006）：30.

（新疆阿勒泰市自然資源局規(guī)劃服務(wù)中心，新疆 阿勒泰 836500）