于麗偉 王嘉琪 姬攀 李俊潔

摘 要：如今，隨著經(jīng)濟(jì)、文化的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷擴(kuò)大，城市信息化發(fā)展日趨推進(jìn)。在這個(gè)背景下，“數(shù)字城市”“智慧城市”也相繼建設(shè)起來(lái)。本文主要探討在“數(shù)字城市”建設(shè)的背景下運(yùn)用三維仿真技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)的必要性研究，以青島市新建園區(qū)高新區(qū)為例探討運(yùn)用三維仿真系統(tǒng)的必要性、方法及優(yōu)勢(shì)，力求為新建園區(qū)設(shè)計(jì)提供先進(jìn)的理念和全新的嘗試。

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維仿真系統(tǒng)；園區(qū)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的普及應(yīng)用，推動(dòng)著城市信息化水平不斷提高。城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)逐步引入三維仿真系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，城市規(guī)劃建設(shè)將迎來(lái)一場(chǎng)創(chuàng)新型技術(shù)革命，城市發(fā)展理念將更加超前。以往，我們主要依靠二維 GIS數(shù)據(jù)處理技術(shù)來(lái)規(guī)劃和建設(shè)城市空間，城市信息處理以數(shù)據(jù)表格、平面設(shè)計(jì)圖紙、沙盤模型、360全景動(dòng)畫(huà)為主。人們很難將城市空間的數(shù)據(jù)模型與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)不了人景互動(dòng)和實(shí)時(shí)信息查閱。因此利用三維仿真系統(tǒng)建設(shè)虛擬化城市必將成為未來(lái)城市規(guī)劃與管理的主流技術(shù)。采用城市仿真系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)城市規(guī)劃要素進(jìn)行數(shù)字化和可視化處理，決策者可以在高度真實(shí)的場(chǎng)景中進(jìn)行合理的布局、規(guī)劃和設(shè)計(jì)。參與者也可以身臨其境地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行查閱、體驗(yàn)和互動(dòng)。

一、三維仿真系統(tǒng)在新建園區(qū)中應(yīng)用的意義

三維仿真系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一個(gè)仿真的，具有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知、味覺(jué)感知和嗅覺(jué)感知等的虛擬環(huán)境，用戶可以身臨其境，與之互動(dòng)的一種新興技術(shù)。

三維仿真系統(tǒng)，解決了以往平面空間對(duì)復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行建設(shè)和設(shè)計(jì)等反應(yīng)不全面的問(wèn)題，方便管理人員和技術(shù)人員進(jìn)行建設(shè)前的合理部署、建設(shè)中的動(dòng)工交底和建設(shè)后的后期維護(hù)。三維仿真系統(tǒng)能夠真實(shí)模擬建設(shè)園區(qū)的地形、地貌、道路、建筑等附著物，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供一個(gè)真實(shí)的三維仿真場(chǎng)景，增加沉浸感和體驗(yàn)性，提供更加可靠的技術(shù)支持。

二、青島高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)情況分析

青島高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)位于青島市膠州灣北部，規(guī)劃面積為66平方公里。主園區(qū)規(guī)劃面積63平方公里。目前，高新區(qū)引進(jìn)商業(yè)配套項(xiàng)目三十多個(gè)，涵蓋城市綜合體、科技大廈、星級(jí)酒店、金融機(jī)構(gòu)、綜合性商業(yè)體、醫(yī)療中心、文化體育中心等多種商業(yè)業(yè)態(tài)，在建房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目38個(gè)，總占地面積約342萬(wàn)平方米，其中住宅建筑面積約345萬(wàn)平方米、商業(yè)建筑面積約91萬(wàn)平方米。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)是青島市市委、市政府為實(shí)施“三城聯(lián)動(dòng)”發(fā)展戰(zhàn)略，在已開(kāi)發(fā)的膠州灣北部園區(qū)基礎(chǔ)上，整合空間資源、保護(hù)膠州灣底生態(tài)岸線，統(tǒng)籌并帶動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展設(shè)立的。高新區(qū)目前已開(kāi)發(fā)區(qū)域主要集中在40.6 平方公里范圍內(nèi)，主要包括寫(xiě)字樓、廠房、住宅等，且地勢(shì)平緩，地形高差不超過(guò)1米。由于園區(qū)在建項(xiàng)目眾多，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息齊全，各種地形、地貌圖紙?jiān)敱M，園區(qū)豐富的信息數(shù)據(jù)為實(shí)現(xiàn)三維仿真系統(tǒng)提供必要的技術(shù)支持，三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)起來(lái)優(yōu)勢(shì)明顯。

三、三維仿真系統(tǒng)在新建園區(qū)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

（一）提高園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可行性

由于新建園區(qū)項(xiàng)目眾多，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中使用三維仿真系統(tǒng)，可以真實(shí)模擬現(xiàn)有的地形、地貌及園區(qū)場(chǎng)景，為決策者提供可視化的預(yù)見(jiàn)，有效規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。園區(qū)三維仿真系統(tǒng)的建立可以合理地進(jìn)行項(xiàng)目初始階段的研究、道路設(shè)計(jì)、景觀布局、建筑設(shè)計(jì)等整體規(guī)劃，有效促進(jìn)項(xiàng)目發(fā)展階段的空間組合、與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)融合等，方便項(xiàng)目最終的管理和維護(hù)，同時(shí)可以減少設(shè)計(jì)缺陷，為日后迅速合理地開(kāi)展審批工作奠定基礎(chǔ)。

（二）增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感和參與性

三維仿真技術(shù)的運(yùn)用能夠使設(shè)計(jì)者突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維，即擺脫二維表現(xiàn)的束縛和抽象思維的不確定性，拓展設(shè)計(jì)思維，使設(shè)計(jì)者的構(gòu)思能在實(shí)時(shí)生成的三維虛擬空間中充分體現(xiàn)。同時(shí)讓參與者感到猶如身處虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景之中，可以隨時(shí)隨地在園區(qū)內(nèi)外實(shí)時(shí)漫游，近距離觀察細(xì)節(jié)，實(shí)地體會(huì)空間，甚至可以借助仿真技術(shù)的眼鏡、手套等設(shè)備獲得真實(shí)的體驗(yàn)感，增強(qiáng)參與者的沉浸性，讓參觀者真正獲得身臨其境的感覺(jué)。在三維仿真系統(tǒng)中，參與者可以自己選擇觀看的路線、角度、視點(diǎn)以及停留的時(shí)間，在重要節(jié)點(diǎn)上還能根據(jù)自己的需要來(lái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，從而獲得更多準(zhǔn)確的信息。三維仿真技術(shù)使設(shè)計(jì)師和參與者擁有更多的自主性和互動(dòng)性。三維仿真技術(shù)的根本目的不僅是在三維空間中實(shí)現(xiàn)仿真建模，而是幫助人們?cè)谔摂M園區(qū)的動(dòng)態(tài)空間中做到實(shí)時(shí)觀察，并與多媒體形式互動(dòng)獲得多重感知，從而獲取信息和形成新的概念。

四、三維仿真系統(tǒng)在新建園區(qū)的具體運(yùn)用

（一）在園區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

對(duì)于新建園區(qū)的建設(shè)，項(xiàng)目的拆遷改造和新的現(xiàn)代化園區(qū)建設(shè)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行。而這些龐大的工程可以在實(shí)施前運(yùn)用三維仿真系統(tǒng)將其模擬建造出來(lái)，把原本在設(shè)計(jì)圖紙上的抽象概念變成真實(shí)存在的物體和環(huán)境?？梢园褕@區(qū)中原有的建筑從場(chǎng)景中移除，再按規(guī)劃從方案庫(kù)中把其他的方案調(diào)出，并立即顯示在場(chǎng)景中，再進(jìn)行相關(guān)的測(cè)距、日照等功能分析，用戶就可直觀地看到每種方案的優(yōu)劣之處，從而為規(guī)劃建設(shè)提供有力的決策。三維仿真系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)建設(shè)規(guī)劃方案的替換，用于區(qū)域建設(shè)方案之間的比較，能夠直觀地看到不同方案在整體規(guī)劃方案中建成后的效果。三維仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新建園區(qū)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

（二）在園區(qū)場(chǎng)景中的應(yīng)用

1.園區(qū)中對(duì)于環(huán)境變化和對(duì)周圍物體的關(guān)聯(lián)性要求很高，因此在建設(shè)前應(yīng)該對(duì)建成之后的環(huán)境有一個(gè)清晰明確的認(rèn)識(shí)。特別是青島高新區(qū)中央智力島設(shè)計(jì)，項(xiàng)目建設(shè)主要包括數(shù)據(jù)和軟件兩部分，一是三維模型建立和數(shù)據(jù)信息搜集，二是三維仿真系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用。項(xiàng)目利用1：500地形圖，結(jié)合竣工圖和外業(yè)紋理拍攝，建立高新區(qū)中、東片區(qū)約40.6平方公里范圍內(nèi)道路、水系、綠化、地標(biāo)性建筑、人文景觀等對(duì)象的高精度三維模型以及1公里管溝三維模型；同時(shí)，項(xiàng)目需基于高新區(qū)的三維管線數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建高精度、高瀏覽效率真實(shí)美觀的地下管線三維信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和三維地下管線數(shù)據(jù)的一體化展示和應(yīng)用。

2.本項(xiàng)目三維場(chǎng)景建模需采用AutoCAD、3DSMax、Photoshop、Stamp作為軟件處理平臺(tái)。先通過(guò) AutoCAD、3DMAX按照實(shí)際空間布局描繪出三維模型的局部特質(zhì)，通過(guò)地形圖或竣工圖上的高程數(shù)據(jù)和平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)定位建模。使用相機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)需要進(jìn)行三維場(chǎng)景的建筑、地形、景觀、植被、小品等進(jìn)行數(shù)碼實(shí)地拍攝，根據(jù)照片進(jìn)行貼圖，建立三維模型庫(kù)、三維模型紋理庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)、竣工圖等，作為建筑物建模的參考資料。收集這些數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式處理。利用Photoshop 處理紋理及其色彩，來(lái)提高三維模型的逼真程度。按照真實(shí)世界的地物分布，利用建立好的模型，在 Stamp 三維平臺(tái)軟件中搭建場(chǎng)景。實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景整合，在三維模型數(shù)據(jù)制作完成后對(duì)所需屬性信息進(jìn)行匹配設(shè)置。然后借助 VRMLPAD開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)其中的 VRML的內(nèi)聯(lián)節(jié)點(diǎn)可以將園區(qū)空間場(chǎng)景無(wú)縫對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)空間漫游。借助 OpenGL進(jìn)行虛擬場(chǎng)景的渲染，使場(chǎng)景更加逼真，建立實(shí)時(shí)多方案數(shù)據(jù)庫(kù)，最終實(shí)現(xiàn)園區(qū)的三維仿真。

五、結(jié)語(yǔ)

三維仿真技術(shù)作為一種全新的理念和手段，為規(guī)劃設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施管理、政府決策提供了一個(gè)全方位、立體直觀的真實(shí)環(huán)境。目前它在新建園區(qū)中應(yīng)用廣泛。青島高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)三維仿真系統(tǒng)建設(shè)的根本目的在于為青島市高新區(qū)建設(shè)一個(gè)地上基礎(chǔ)三維系統(tǒng)和地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、維護(hù)更新、應(yīng)用與信息服務(wù)為一體的信息化平臺(tái)。系統(tǒng)的運(yùn)用基于數(shù)字城市的總體框架下，為高新區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)管理提供應(yīng)用支持，為園區(qū)景觀道路建設(shè)提供可視化預(yù)見(jiàn)，為城市設(shè)施維護(hù)檢修、優(yōu)化管理、事故預(yù)警和處理上提供決策支持。同時(shí)，為后續(xù)服務(wù)于規(guī)劃、國(guó)土、建設(shè)、消防等數(shù)字城市應(yīng)用，提升應(yīng)用水平。

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作者簡(jiǎn)介：

于麗偉，副教授，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院。

作者單位：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院