王 瓊

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院新疆分院，新疆烏魯木齊830054)

城市規(guī)劃是根據(jù)一定時(shí)期城市的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，確定城市性質(zhì)、規(guī)模和發(fā)展方向，合理利用城市土地，協(xié)調(diào)城市空間功能布局及進(jìn)行各項(xiàng)建設(shè)的綜合部署和全面安排。傳統(tǒng)的規(guī)劃方案，通常建立在二維空間內(nèi)。雖然CAD系統(tǒng)已有初步的三維功能，但不能高效、直觀、協(xié)調(diào)地表現(xiàn)多方案、大場(chǎng)景的規(guī)劃效果，難以進(jìn)行空間關(guān)系分析和效果表達(dá)。近年來(lái)，虛擬仿真技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展為三維城市規(guī)劃管理和“數(shù)字城市”的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

但目前大多面向?qū)ο蟮娜S模型處理軟件都僅限于規(guī)劃方案的表現(xiàn)手段，尚未成為規(guī)劃方案的決策工具。這些軟件極好的封裝性一方面縮短了使用者的學(xué)習(xí)周期，便于虛擬現(xiàn)實(shí)在數(shù)字規(guī)劃表現(xiàn)手段上的更新發(fā)展，另一方面又限制了用戶專業(yè)分析需求在數(shù)字規(guī)劃實(shí)時(shí)輔助設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)。

為了良好兼顧用戶自定義功能的開發(fā)和軟件模塊化的設(shè)計(jì)思想，需要將多媒體數(shù)據(jù)處理技術(shù)的功能模塊與動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLLs技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)了數(shù)字規(guī)劃方法在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)輔助設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步應(yīng)用。

1 數(shù)字城市規(guī)劃方法

數(shù)字城市規(guī)劃是傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論和方法與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它將諸如因特網(wǎng)(Internet)、3S技術(shù)(RS，GPS，GIS)、虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)等數(shù)字化的技術(shù)手段運(yùn)用到城市規(guī)劃的規(guī)劃編制、規(guī)劃審批和規(guī)劃實(shí)施等環(huán)節(jié)中，不僅為城市規(guī)劃者做出決策提供所需的數(shù)據(jù)、模型、優(yōu)化方案，還能提供對(duì)未來(lái)城市環(huán)境的虛擬表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)空間、資源的有效配置和合理安排［1］。

1.1 GIS與VR技術(shù)

數(shù)字城市平臺(tái)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)建立起來(lái)的。然而VR建模前期數(shù)據(jù)必須來(lái)源于地理信息系統(tǒng)GIS。GIS技術(shù)具有強(qiáng)大的空間分析能力，如區(qū)域研究，城市交通分析，社會(huì)經(jīng)濟(jì)分析等，方便對(duì)繁雜的規(guī)劃信息進(jìn)行管理并能提供精確的空間數(shù)據(jù)支持。VR技術(shù)是一種可創(chuàng)建的和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能向用戶提供臨境和多感覺體驗(yàn)，其基本特征分為:沉浸、交互和構(gòu)想。用戶可以通過(guò)視覺、聽覺、觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。

VR技術(shù)和GIS技術(shù)結(jié)合起來(lái)，借助于互聯(lián)網(wǎng)可以從更大程度上緊密結(jié)合規(guī)劃管理的業(yè)務(wù)流程，通過(guò)規(guī)劃地區(qū)的虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的科學(xué)化和自動(dòng)化，保證規(guī)劃信息的及時(shí)更新，有效進(jìn)行區(qū)域信息的空間分析，有利于區(qū)域規(guī)劃和管理工作的深化，為城市建設(shè)和管理帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。

1.2 VR實(shí)時(shí)輔助設(shè)計(jì)

結(jié)合GIS的VR技術(shù)在城市規(guī)劃的效果展示方面，優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。但隨著專業(yè)分析需求的進(jìn)一步提高，將VR技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)的各專業(yè)分析模塊中，會(huì)大大提高VR實(shí)時(shí)輔助城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的水平［2］。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要有3大類:一是通過(guò)直接編程實(shí)現(xiàn)，如VRML、C++、Delphi等;二是基于 OpenGL圖形庫(kù)編寫程序建模同時(shí)添加實(shí)時(shí)性和交互性功能模塊實(shí)現(xiàn);三是直接通過(guò)建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)軟件共同實(shí)現(xiàn)［3］。運(yùn)用封裝軟件建模是當(dāng)前的主流，也是VR技術(shù)在模擬規(guī)劃景象上的優(yōu)勢(shì)，但要將直接編程結(jié)合多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)才能將VR更好地用于規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)中。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的嵌入

多媒體技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字化的文字、圖形、圖片、動(dòng)畫、聲音以及視頻等媒體信息進(jìn)行處理、分析、傳輸，以及交互性應(yīng)用的技術(shù)。是虛擬現(xiàn)實(shí)交互的技術(shù)基礎(chǔ)［4］。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)就是對(duì)多媒體信號(hào)的處理、數(shù)據(jù)的編碼和管理。

在VR中，大量的格式化和非格式化數(shù)據(jù)在多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行科學(xué)處理，是其在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)分析中應(yīng)用的關(guān)鍵。尤其是非格式化數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，結(jié)合了可視化編程語(yǔ)言的調(diào)用，更能提高系統(tǒng)的柔性。

多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中性能良好的面向?qū)ο?關(guān)系數(shù)據(jù)模型中BLOB對(duì)象可以存儲(chǔ)大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對(duì)象，定義為:

＜binary large object type＞::=BLOB［＜left paren＞＜large object length＞＜right paren＞］

＜large object length＞::= ＜unsigned integer＞ |＜unsigned integer＞K|＜unsigned integer＞M|＜unsigned integer＞G

可以用Delphi實(shí)現(xiàn)在終端系統(tǒng)上的調(diào)用，代碼為:

var

pData:Pchar;

with TblobStream(CreateBlobStream(FieldByName(‘Template’)，bmWrite))do begin

pData:=VarArrayLock(AFPData);

try Write(pData^，VarArrayHighBound(AFPData，1)－VarArrayLowBound(AFPData，1)+1);

finally

VarArrayUnlock(AFPData);

end;

Free;

end;

2.2 DLLs重用機(jī)制

為使VR技術(shù)更好地服務(wù)于數(shù)字城市規(guī)劃過(guò)程，將各部分專業(yè)規(guī)劃分析的多媒體調(diào)用代碼都封裝在動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中，是符合模塊化設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法的。如果以后接口升級(jí)，則只需修改動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的代碼即可。對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中函數(shù)的修改可以自動(dòng)傳播到所有調(diào)用它的程序中，而不必對(duì)主程序作任何改動(dòng)或處理。

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLLs(Dynamic Link Librarys)允許同時(shí)運(yùn)行的幾個(gè)程序共享一組函數(shù)的單一拷貝。他不用重復(fù)編譯或鏈接，一旦裝入內(nèi)存，DLLs函數(shù)可以被系統(tǒng)中的任何正在運(yùn)行的應(yīng)用程序軟件所使用。而不必再將DLLs函數(shù)的另一拷貝裝入內(nèi)存。因?yàn)?，在?chuàng)建Windows程序時(shí)，鏈接過(guò)程并不把DLLs文件鏈接到程序上。直到程序運(yùn)行并調(diào)用一個(gè)DLLs中的函數(shù)時(shí)，該程序才要求這個(gè)函數(shù)的地址，此時(shí)Windows才在DLLs中尋找被調(diào)用函數(shù)，并把它的地址傳送給調(diào)用程序。采用這種方法，DLLs達(dá)到了復(fù)用代碼的極限。

通常，DLLs都是庫(kù)函數(shù)的集合，使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)就是為了將相關(guān)聯(lián)的一系列函數(shù)以更有效、更快捷的方式調(diào)用。用戶給出入口，函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果就從DLLs的出口送出，而看不到DLLs的執(zhí)行狀態(tài)。這樣的DLLs代碼重用機(jī)制更適合于VR技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)大容量、運(yùn)算速度快的要求。

3 系統(tǒng)綜合

將GIS，RS，VR，多媒體DLLs調(diào)用技術(shù)等綜合應(yīng)用才能使數(shù)字城市規(guī)劃設(shè)計(jì)更具有實(shí)時(shí)輔助設(shè)計(jì)性。仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多，如何組織和設(shè)計(jì)這些數(shù)據(jù)顯得至關(guān)重要。數(shù)據(jù)編碼、建庫(kù)以及處理都需要標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

系統(tǒng)從數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)層和界面層對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行綜合。在底層數(shù)據(jù)庫(kù)中，DLG數(shù)據(jù)庫(kù)和DEM數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)于GIS，DOM數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)于 RS，3D－Model數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)于 VR。對(duì)這3類數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)建設(shè)，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和惟一性。數(shù)據(jù)層為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)層提供數(shù)據(jù)來(lái)源。在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)層，將二維地理信息處理功能、遙感影像處理功能和三維處理功能都做成中間件，并封裝在一起，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，將GIS、RS和VR三種技術(shù)綜合成應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，它可以單獨(dú)為本系統(tǒng)或其他相關(guān)系統(tǒng)服務(wù)。在這個(gè)封裝的平臺(tái)上，用戶可以直接與計(jì)算機(jī)交互，進(jìn)入虛擬環(huán)境。更重要的是可以利用VC++，Delphi、VB，Java等工具進(jìn)行二次開發(fā)，結(jié)合多媒體DLLs技術(shù)，在界面層把所有技術(shù)集成到一個(gè)統(tǒng)一的界面框架下，很方便地進(jìn)行二維和三維之間的交互處理［5］，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)綜合

系統(tǒng)綜合在一定程度上把底層數(shù)據(jù)庫(kù)和界面應(yīng)用系統(tǒng)分開，又結(jié)合了DLLs的代碼重用機(jī)制，避免直接訪問(wèn)造成的系統(tǒng)隱患，將大大地提高數(shù)字城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字城市規(guī)劃方法引入虛擬場(chǎng)景，形象直觀。但更重要的是在城市規(guī)劃中生成數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃實(shí)施和計(jì)算機(jī)城市規(guī)劃信息管理提供實(shí)時(shí)輔助設(shè)計(jì)。多媒體DLLs技術(shù)可以自定義對(duì)VR底層數(shù)據(jù)源的調(diào)用，同時(shí)考慮到了數(shù)據(jù)調(diào)用的復(fù)雜性和安全性，兼顧了程序執(zhí)行對(duì)時(shí)間和空間的節(jié)約。

結(jié)合多媒體DLLs技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3S技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多領(lǐng)域交叉應(yīng)用于數(shù)字城市規(guī)劃方法中，為規(guī)劃景觀提供實(shí)時(shí)輔助設(shè)計(jì)的臨境效果。利用GIS很強(qiáng)的空間分析能力，VR很好的建模功能和基于多媒體DLLs的二次開發(fā)，讓VR技術(shù)融入到規(guī)劃師的日常工作中，為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)提供實(shí)時(shí)輔助決策，更好地對(duì)城市規(guī)劃進(jìn)行總體構(gòu)思，減少設(shè)計(jì)缺陷，提高規(guī)劃質(zhì)量和進(jìn)度。

［1］李粉莉，童小念.Creator和Vega Prime在數(shù)字城市規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38(12):154－156

［2］史慧珍，黨安榮，遲偉.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時(shí)輔助城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究［J］.地理信息世界，2008(5):61－65

［3］李國(guó)松，楊柳青.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)園林，2008(6):32－36

［4］史元春，徐光祐，高原.中國(guó)多媒體技術(shù)研究:2009［J］.中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2010，15(7):1023－1041

［5］劉昌華，張文志，李沛，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在南京市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(1):36－41