虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　2.1虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)集成。無(wú)論是GIS還是VR，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外均有多種商業(yè)軟件可供選用。美國(guó)ESRI的ArcGIS是世界上最先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)，不過(guò)它的三維建模功能不強(qiáng)，且沒(méi)有實(shí)時(shí)虛擬動(dòng)畫(huà)的功能。美國(guó)Multigen-Paradigm公司的Multigen-Vega是當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)的旗艦軟件，其強(qiáng)大的三維建模工具Creator和虛擬仿真引擎Vega有機(jī)結(jié)合能很好地滿足虛擬城市實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)要求，不過(guò)它不具備空間分析的功能。其它的GIS與VR軟件大體也是如此。所幸的是，我們已經(jīng)有了一個(gè)綜合兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)來(lái)解決城市設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題的方案。這就是ESRI公司委托Multigen-Paradigm公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)ArcGIS擴(kuò)展模塊SiteBiulder，該模塊使得ArcGIS具備了實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)功能并且能接受Multigen的三維模型。于是我們就有了一個(gè)基于GIS與VR的應(yīng)用于城市設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng).

　　2.2系統(tǒng)應(yīng)用步驟。該系統(tǒng)的完整的應(yīng)用包括場(chǎng)景的規(guī)劃設(shè)計(jì)、單體的建筑設(shè)計(jì)、三維建模并貼圖、實(shí)時(shí)虛擬動(dòng)畫(huà)幾部分內(nèi)容

　　2.2.1城市規(guī)劃設(shè)計(jì)。無(wú)論是新城區(qū)的開(kāi)發(fā)還是老城區(qū)的改建均要先確定規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境方面的要求。根據(jù)要求，進(jìn)行自然條件、建設(shè)條件等一系列的基礎(chǔ)分析。在分析基礎(chǔ)上完成土地利用、道路交通、建筑布局、豎向規(guī)劃、工程設(shè)施等規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。值得注意的是，以往規(guī)劃設(shè)計(jì)僅用CAD進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用ArcGIS技術(shù)輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)，原因有兩個(gè)方面。其一，CAD不具備所要求的空間分析功能；其二，只有ArcGIS主題及主題中的特征(對(duì)象)才能被引入到SiteBiulder中進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)。圖5為應(yīng)用ArcGIS制作的湖南城市學(xué)院新校區(qū)地勢(shì)圖，圖6為新校園的一個(gè)規(guī)劃模型。

　　2.2.2建筑設(shè)計(jì)。在規(guī)劃布局的基礎(chǔ)上，進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)方案。各單體設(shè)計(jì)成果仍以平、立、剖面圖為主。為配合下階段的Creator三維建模和紋理貼圖，建筑師繪制的單體立面效果圖很有用處。整幅有陰影的彩色立面圖可以代替多塊片的煩瑣貼圖，在三維場(chǎng)景中具有相當(dāng)?shù)牧Ⅲw效果。如有必要，某些單體可設(shè)計(jì)出多個(gè)，供虛擬替代方案優(yōu)化所用。

　　2.2.3組織ArcGIS主題。在SiteBiulder三維場(chǎng)景中，各虛擬對(duì)象是以ArcGIS主題來(lái)組織并引入的。進(jìn)入三維場(chǎng)景的主要是三維地形、道路、建筑、樹(shù)木、鋪地和草地。主題中的特征并不要表現(xiàn)對(duì)象的具體幾何形狀，而只要確定各對(duì)象的具體位置。例如用點(diǎn)主題表示建筑布局，每棟建筑物僅需要一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示，每個(gè)點(diǎn)代表的建筑物的模型被存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，完全相同的建筑物如住宅只須保存一個(gè)實(shí)例就行了。只要建立起點(diǎn)對(duì)象與建筑實(shí)例的關(guān)聯(lián)，則不同的建筑物模型都會(huì)被引入場(chǎng)景中。

　　2.2.4創(chuàng)建三維模型。本虛擬系統(tǒng)采用MultiGen公司的Creator作為三維場(chǎng)景建模工具，它的Open-Flight采用樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)來(lái)組織管理場(chǎng)景數(shù)據(jù)。城市設(shè)計(jì)所涉及的場(chǎng)地中的模型包括天空、地面、單體建筑、構(gòu)造物、樹(shù)木、街道陳設(shè)物、廣告牌等等，建模工作量巨大。因此在建立模型之前，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)景中每個(gè)實(shí)體的幾何空間位置以及模型內(nèi)部與模型之間的相互關(guān)系，確定虛擬場(chǎng)景中所有單體模型的層次歸屬，以有利于模型的修改、調(diào)用。三維模型并非越細(xì)越好。我們要在幾何真實(shí)與紋理真實(shí)之間取得某種協(xié)調(diào)。適當(dāng)?shù)貏澐謳缀蚊婧蜏?zhǔn)備適當(dāng)分辨率的圖片是建筑虛擬的關(guān)鍵。

2.3.5創(chuàng)建虛擬動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景。起動(dòng)ArcGIS及其擴(kuò)展模塊SiteBiulder，將模型庫(kù)中的各模型實(shí)例與主題中的各特征建立起聯(lián)系，各虛擬對(duì)象將依各自的空間位置呈現(xiàn)在三維場(chǎng)景中。SiteBiul-der有一套自己的菜單和工具，完成實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)。