王 飛

摘 要：三維虛擬技術(shù)由于在電腦上進行規(guī)劃設(shè)計，在設(shè)計的精準(zhǔn)度和制圖的省時省力方面會創(chuàng)造出很高的效率，但最重要的是由它所提供的實時顯示性能以及互動交互技術(shù)，更使我們的城市規(guī)劃建設(shè)具有了高度的信息性和全民參與性，這使城市規(guī)劃領(lǐng)域能夠很好與其他領(lǐng)域進行連接，形成城市與城市、城市的各個領(lǐng)域間的信息互動圈，并且在進行城市宣傳和城市推廣的工作上能起到很好的反響效果，這無疑能夠非常好的推動城市經(jīng)濟建設(shè)。

關(guān)鍵詞：城市規(guī)劃；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：G710 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）04-0236-03

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的介紹

1.什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為近年來計算機軟件技術(shù)的一項新興技術(shù)。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的直觀性很強，能在電腦上進行模擬仿真，比平面圖像更能說明問題，并且更具有經(jīng)濟性，即省時間由省人力，能夠廣泛的為各個領(lǐng)域所運用?？梢哉f虛擬現(xiàn)實技術(shù)給社會發(fā)展帶來的便捷將使其能夠大顯其道，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用也是近年來的發(fā)展方向。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)按照維度虛擬程度的不同分為三維虛擬技術(shù)和全維度虛擬技術(shù)。全維度虛擬技術(shù)是目前國外在虛擬仿真領(lǐng)域的研究，其研究內(nèi)容是使虛擬技術(shù)完全脫離三位維度而向一個全立體虛擬環(huán)境發(fā)展。中國目前運用最為廣泛的是三維虛擬技術(shù)。而三維虛擬技術(shù)的運用正是本文重點論述的內(nèi)容。

三維虛擬技術(shù)屬于三維圖形技術(shù)行列。三維圖形技術(shù)分為兩大類，一是三維虛擬技術(shù)；二是三維動畫技術(shù)，兩者都用于模擬真實世界和想象世界。由于兩者的應(yīng)用原理不同，其應(yīng)用領(lǐng)域也大不相同。

三維動畫技術(shù)采用的是傳統(tǒng)的計算機動畫，采用關(guān)鍵幀的方式制作，先進行三維預(yù)渲染，得到了完整的三維動畫視頻之后利用播放器將動畫播放出來，所以三維動畫技術(shù)被廣泛運用于電影、廣告等預(yù)先設(shè)計好的演示。

在此我將重點論述三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用和研究，之所以以此作為論題是由于三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃上的應(yīng)用最為廣泛，隨著時代的不斷進步，社會對城市建設(shè)、城市規(guī)劃的要求越來越高。網(wǎng)絡(luò)社會的概念不斷加強，三維虛擬技術(shù)能夠更好更便捷的為我們城市規(guī)劃建設(shè)服務(wù)。這種技術(shù)適應(yīng)了社會現(xiàn)代化的要求，使虛擬仿真技術(shù)很好地運用在城市規(guī)劃設(shè)計上，為我們的城市建設(shè)工作更加省時省力并且能更加全方位思考。在計算機平臺上進行虛擬操作可以從各個方位多個角度思考規(guī)劃方案，能從早期發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

由于三維虛擬技術(shù)的虛擬仿真性，使其更多運用在城市規(guī)劃建設(shè)的工作中。這一技術(shù)的擴充性和延展性很強，通過我們的不斷研究能使其在城市建設(shè)領(lǐng)域以及城市建設(shè)的其他領(lǐng)域起到的作用不斷加大，為城市建設(shè)事業(yè)帶來更多收獲。

2.三維虛擬技術(shù)的發(fā)展歷程

三維虛擬技術(shù)屬三維行業(yè)領(lǐng)域。三維行業(yè)在中國的起步時間是上世紀(jì)九十年代。自98年看是到現(xiàn)今其經(jīng)歷了一個擴張時期，這是三維行業(yè)在中國市場大放異彩。目前在中國的三維行業(yè)可以分為以下幾個分支：1、電影、廣告；2、游戲；3、電視包裝；4、城市建筑，其中以城市建筑領(lǐng)域的運用最早也最為廣泛。

最早的三維技術(shù)實現(xiàn)平臺是由美國的Autodesk公司開發(fā)的3d Studio Max軟件。此軟件是一款基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。早期的三維技術(shù)在中國建筑領(lǐng)域的運用由于技術(shù)原因有很大的局限性，三維技術(shù)只能實現(xiàn)建筑效果圖的繪制以及部分簡單的跑相機似的建筑動畫。隨著3D技術(shù)的不斷完善以及日益多元化的創(chuàng)作手段的出現(xiàn)，三維技術(shù)在建筑業(yè)所起的作用也日益增強。目前實現(xiàn)三維技術(shù)的主流軟件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三維技術(shù)的日益完善以及它所帶來的強大的經(jīng)濟效應(yīng)，三維虛擬技術(shù)的概念也日漸成熟。

三維虛擬技術(shù)是三維動畫技術(shù)的一種，與三維動畫技術(shù)的區(qū)別在于三維虛擬技術(shù)還具備三維動畫技術(shù)所沒有的實時性和交互性。三維虛擬技術(shù)是虛擬仿真技術(shù)的一種，是局限在三維空間之下的一種虛擬仿真，而虛擬仿真技術(shù)的另一種全維度虛擬仿真也被稱之為虛擬現(xiàn)實技術(shù)。這種技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)末期，它的出現(xiàn)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前國外正在對此領(lǐng)域進行深入研究，我將在國外研究部分做出論述。

3.國內(nèi)在虛擬仿真領(lǐng)域的研究以及存在問題

三維虛擬技術(shù)目前在建筑領(lǐng)域的運用有城市漫游動畫、建筑漫游動畫、房地產(chǎn)漫游動畫、小區(qū)瀏覽動畫、樓盤漫游動畫、三維虛擬樣板房、樓盤3D動畫宣傳片、地產(chǎn)工程投標(biāo)動畫、建筑概念動畫、房地產(chǎn)電子樓書、房地產(chǎn)虛擬現(xiàn)實等動畫制作。

三維虛擬技術(shù)在我國城市規(guī)劃、城市建設(shè)的發(fā)展前景是不可估量的。由于三維虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，它既能帶給觀賞者身臨其境的感覺；又能模擬尚未實現(xiàn)或準(zhǔn)備實施的項目的完成效果。從單一的幾何模型到復(fù)雜的動態(tài)形象，不論是道路、橋梁、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規(guī)劃、鄉(xiāng)村規(guī)劃、鄉(xiāng)村形象展示、數(shù)字化鄉(xiāng)村、虛擬鄉(xiāng)村、鄉(xiāng)村數(shù)字化工程、園區(qū)規(guī)劃、場館建設(shè)、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫(yī)院、數(shù)字校園建設(shè)等都可以通過三維虛擬技術(shù)得以實現(xiàn)。

由三維虛擬技術(shù)和現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)帶給中國經(jīng)濟的發(fā)展空間正在不斷壯大；由它們所帶來的科技化、信息化、智能化的城市虛擬空間將成為21世紀(jì)的信息主流源。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用

1.城市規(guī)劃簡述

城市規(guī)劃指的是一個城市在一段時期內(nèi)的發(fā)展計劃的設(shè)定，它研究的是一個城市在未來的一個發(fā)展動向，這其中包含了對城市地區(qū)的合理布局、城市的各項工程建設(shè)的合理部署。它是城市建設(shè)和城市管理的重要組成部分，也是城市建設(shè)和城市管理的重要依據(jù)。一個城市的三個重要管理階段是:城市規(guī)劃、城市建設(shè)和城市運行，而城市規(guī)劃則是三個管理階段中的龍頭。

2.城市規(guī)劃領(lǐng)域使用三維虛擬技術(shù)的必要性

在這個以知識經(jīng)濟為核心的信息時代，計算機科學(xué)技術(shù)已成為全世界公認(rèn)的本世紀(jì)最主要和最核心的科學(xué)技術(shù)，它已滲透到社會生活的各個方面，影響和改變著人類的思維模式和行為模式。它在城市規(guī)劃和城市建筑領(lǐng)域的作用更是不容小覷，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用得到了進一步普及。

在城市規(guī)劃領(lǐng)域使用三維虛擬技術(shù)的必要性將從兩個方面進行：①是從城市規(guī)劃建設(shè)方面來看對三維虛擬術(shù)應(yīng)用的必要；②是從城市規(guī)劃管理方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要。

①是從城市規(guī)劃建設(shè)方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要首先，我們必須要了解城市規(guī)劃建設(shè)在設(shè)計上的設(shè)計內(nèi)容。城市建設(shè)設(shè)計內(nèi)容主要有：城市宏觀設(shè)計、城市中觀設(shè)計、城市微觀設(shè)計三個層次。

城市的宏觀設(shè)計指的是對城市的格局和形態(tài)的設(shè)計，具體為城市的整體分布、城市的功能組團、環(huán)境保護、土地利用等。在設(shè)計上更加注重城市的關(guān)鍵性特征和自然景觀構(gòu)成。在進行城市宏觀設(shè)計時，評估的重點是看能否創(chuàng)造高素質(zhì)城市環(huán)境和優(yōu)美的城市視野，以此來鑒定城市宏觀設(shè)計的成功與否。

城市中觀設(shè)計是指設(shè)計城市空間與城市建筑之間的關(guān)系；具體內(nèi)容有：用地布局、建筑設(shè)計、地標(biāo)物建設(shè)、街道分等等，也就是城市的連接度與整體性、城市的體量與高度的設(shè)計。城市中觀設(shè)計的內(nèi)容與宏觀設(shè)計的內(nèi)容相輔相成，是中觀設(shè)計更加注重城市的視覺質(zhì)量、人工建造物的城市角度和適宜度、城市整體輪廓與體量的協(xié)調(diào)、具體環(huán)境的設(shè)計與美化等。

在計算機運用上要解決城市建設(shè)視景的要求就必須要能再計算機上感官看見以上所說的宏觀、中觀、微觀三個層次的內(nèi)容，具體而言就是：一是三維地形的顯現(xiàn)；二是城市密度、容積率的顯現(xiàn)；三是大面積三維建筑的顯現(xiàn)。四是能速重繪畫面進行實時仿真。而針對以上的要求，三維虛擬仿真技術(shù)都能夠一一實現(xiàn)，文章在前面具體分析了三維虛擬技術(shù)的技術(shù)性能。并且可以看出，目前來看運用三維虛擬技術(shù)進行城市規(guī)劃設(shè)計適應(yīng)了時代性和科技性的趨勢。

下面我們看看三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)上的具體應(yīng)用。

三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)上的具體應(yīng)用按地形而分可以歸為三類：一是局部地區(qū)城市設(shè)計研究；二是大范圍城市問題研究；三是區(qū)域規(guī)劃研究。

一是局部地區(qū)城市設(shè)計研究

城市設(shè)計的核心是研究建筑形體和空間要素之間的關(guān)系協(xié)調(diào)，從對城市的環(huán)境表現(xiàn)、具體建筑形體刻畫、整體模型處理和后續(xù)功能研發(fā)等方面來看運用三維虛擬仿真技術(shù)在制作時再合適不過了。

我們針對城市商務(wù)中心區(qū)的設(shè)計研究來具體說明問題，城市商務(wù)中心區(qū)設(shè)計是屬于典型的城市局部地區(qū)設(shè)計，由于范圍不大，我們在選擇計算機種類時可以選擇中高檔PC機進行制作。

然后，我們再根據(jù)現(xiàn)有照片、地形原有的平面、立面等圖紙資料進行交通設(shè)施、環(huán)境小品的建模，在三維虛擬技術(shù)環(huán)境下能夠高仿真建模，并且設(shè)置VEGA的漫游環(huán)境、添加動態(tài)模型等工作，最后將制作出的模型文件調(diào)入VEGA完成漫游。

二是大范圍城市問題研究

以新城區(qū)建設(shè)為例，新城區(qū)的建設(shè)規(guī)劃范圍更加廣泛，在建立三維仿真時重點應(yīng)在規(guī)劃功能的設(shè)計開發(fā)上。

針對新城區(qū)三維仿真的主要功能應(yīng)該有：方案替換、模型修改（ 高度修改、位置調(diào)整等）、矢量規(guī)劃數(shù)據(jù)疊加分析、日照陰影分析。其中還包括目前的仿真軟件無法實現(xiàn)在漫游過程中的動態(tài)陰影的實現(xiàn)。

值得慶幸的是目前國內(nèi)的以遙感為基礎(chǔ)的仿真軟件彌補了技術(shù)上的不足，運用此軟件不僅可以實現(xiàn)在固定觀測點上表現(xiàn)建筑在不同時間陰影變化的功能，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)地理屬性查詢。

三是區(qū)域規(guī)劃研究

在進行區(qū)域規(guī)劃的仿真時我們將遙感應(yīng)用和三維仿真技術(shù)結(jié)合運用，這樣我們就可以實現(xiàn)建立以衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)的城區(qū)漫游，在數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上進行區(qū)域地區(qū)漫游的制作，這樣既不影響對區(qū)域原有面貌的觀看，又能再此基礎(chǔ)上進行區(qū)域建設(shè)和改造，并且能實時對比，運作時即高效又準(zhǔn)確，這樣的技術(shù)結(jié)合給我們的城市規(guī)劃提供了直觀而又客觀的分析手段。

②是從城市規(guī)劃管理方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要

三維虛擬技術(shù)已經(jīng)運用到城市建設(shè)的方方面面，城市規(guī)劃作為可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在其諸多方面有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，三維虛擬技術(shù)提供了非常直觀、準(zhǔn)確、現(xiàn)時性強的城市規(guī)劃資料，這為城市建設(shè)發(fā)展、提高城市管理水平、提升城市規(guī)劃設(shè)計提供了強而有力的依據(jù)。

可以說，在城市規(guī)劃領(lǐng)域?qū)θS虛擬技術(shù)的應(yīng)用是時代的召喚、是技術(shù)的支持，三維虛擬技術(shù)是城市建設(shè)所必不可少的關(guān)鍵性技術(shù)。

三、從上海世博會對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用來看未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的發(fā)展

1.上海世博會網(wǎng)上世博簡介

2010年的上海世博會區(qū)別于往屆世博會的最大不同就是此次上海世博會運用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)同步的網(wǎng)上世博會。通過2008年中國北京奧運會場館的建設(shè)，中國的建筑漫游動畫創(chuàng)作的發(fā)展速度越來越快，并且在國內(nèi)得到了廣泛的傳播。2010年上海世博會再次使中國的建筑漫游動畫得到發(fā)展和創(chuàng)新的機會。世博會的主題是：“城市，讓生活更美好”，伴著世博會的推廣，中國的建筑漫游動畫引起了社會各界的廣泛重視，使其得到飛速發(fā)展。更由于此次世博會的一大亮點是首次舉辦網(wǎng)上世博會，通過網(wǎng)上媒介，全面引入互聯(lián)網(wǎng)的傳播方式，采用交互設(shè)計和多媒體技術(shù)等手段，這更加體現(xiàn)出當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)的強大以及建筑動畫漫游的進步神速。

2.網(wǎng)上世博會的緣起與構(gòu)架

網(wǎng)上世博會，全稱網(wǎng)上中國2010年上海世博會，它是指通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維技術(shù)、多媒體技術(shù)，通過虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的方式把上海世博會上展示的內(nèi)容呈現(xiàn)于互聯(lián)網(wǎng)上，搭建出一個能夠進行網(wǎng)絡(luò)體驗和實時互動的世博會網(wǎng)絡(luò)平臺。網(wǎng)上世博會是上海世博會的重要組成部分，是實體世博會的導(dǎo)引、補充與延伸，是上海世博會的兩大亮點之一。

能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)上世博會這樣的創(chuàng)舉是由于網(wǎng)絡(luò)科技時代的蓬勃發(fā)展以及三維數(shù)字技術(shù)的不斷進步。網(wǎng)絡(luò)和三位數(shù)字技術(shù)的完美結(jié)合給予上海世博會全新的展現(xiàn)舞臺，使全球公眾突破了時空界限，使他們能夠全面參與世博，使我們中國的上海世博會實現(xiàn)了真正意義上的全球化。

首屆網(wǎng)絡(luò)世博會的三大主要特色是：三維展示、互動體驗以及全球共建。通過網(wǎng)上平臺吸引全球公眾參與世博會，使無法親臨食博會現(xiàn)場的觀眾借由網(wǎng)上平臺體驗世博會的精彩以及希望將上海世博會的盛舉作為非物質(zhì)文化遺產(chǎn)長期保留，是舉辦此界網(wǎng)上世博會的三大原因。

網(wǎng)上世博會的架構(gòu)由基礎(chǔ)平臺和網(wǎng)上展館兩部分構(gòu)成。基礎(chǔ)平臺由組織者搭建，內(nèi)容包括門戶網(wǎng)站、網(wǎng)上園區(qū)、基本功能等，網(wǎng)上展館則分為瀏覽型和體驗型兩類展館。瀏覽館具備基本瀏覽和展示的功能，它是以實體展館為原型，通過文字、圖片、音頻、視頻、動畫等方式進行三維展示，瀏覽型展館由組織者為需要援助的參展方免費開發(fā)。體驗館是瀏覽館的增強版，瀏覽型展館在以瀏覽和展示為基本功能的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)其它更加豐富的功能和特效，網(wǎng)上參觀者可以得到更生動的互動和體驗。參展者還可以建設(shè)實體世博會中不具有的虛擬拓展空間和展項，利用更豐富的虛擬技術(shù)及手段延伸和拓展參展方網(wǎng)上展館所希望表達的意境和理念。二者相輔相成，完美呈現(xiàn)網(wǎng)上的世博會。

與普通網(wǎng)站相比，網(wǎng)上世博會的區(qū)別在于它能夠提供給觀眾全面的三維視覺體驗，網(wǎng)頁游客能夠主動操控三維圖像的角度。網(wǎng)上世博會的整個展示內(nèi)容其中包括，世博園區(qū)、世博園片區(qū)、展館外觀、展館內(nèi)景以及主要展項等都將進行三維數(shù)字化的制作。

與普通網(wǎng)站的最大區(qū)別在于網(wǎng)上世博會可以將組織者的建設(shè)內(nèi)容和參展者的建設(shè)內(nèi)容二者共存于一個平臺之上。也就是說網(wǎng)上世博會具有“全球共建”的特點。

3.三維數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)上世博

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的先進性，使實體世博園區(qū)中的建筑、道路、綠化、設(shè)施等通過三維虛擬技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)了虛擬再現(xiàn)。在網(wǎng)上模擬的天空、云彩、太陽、燈光、裝飾、材質(zhì)等效果通過CG技術(shù)在制作，使模擬效果很好地接近真實場館的場景。展現(xiàn)在網(wǎng)上游客眼中的每一個場景都是一個三維的空間，參觀者只需要通過鼠標(biāo)和鍵盤操作就能夠輕松實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、升高降低的操作，在進行鳥瞰時也也可以通過放大、縮小來調(diào)整的場景范圍，獲得全方位的空間體驗。展項展示是網(wǎng)上世博會的有一大亮點，通過網(wǎng)絡(luò)，游客能夠進入場館和展項發(fā)生近距離的互動，游客可以多角度觀察或“觸摸”展項，特別是一些實體世博會現(xiàn)場不能觸碰的展項，在網(wǎng)絡(luò)上可以實現(xiàn)參觀者的觸碰愿望。參觀者還可以自由的旋轉(zhuǎn)縮放感興趣的物品，同時還可以通過圖片文字、動畫、FLASH等多種數(shù)字媒體形式了解到對展項的知識性介紹。不僅如此，游客可以在C/S上通過系統(tǒng)提供的部件，組裝個性化的展項，讓其它游客看到自己的作品，并且發(fā)表點評。

網(wǎng)上世博會的虛擬拓展空間可以由參展者根據(jù)自己的意念記性無限制的設(shè)計開發(fā)，由于不受現(xiàn)實空間的限制，參觀者可以延伸和拓展實體展館所希望表達的理念和意境，虛擬展項為參展者的主題演繹提供了進一步發(fā)揮的空間。