虛擬現(xiàn)實及多媒體技術(shù)在京滬高速公路建設(shè)

　　一. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及發(fā)達國家的研究現(xiàn)狀:

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是二十世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)等多個信息技術(shù)分支，人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式.

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬世界中為我們還原、搭建我們想要表現(xiàn)的項目，并且營造出真實的自然環(huán)境，動態(tài)的景觀如人物、車輛、樹木等，項目模型本身是按照相關(guān)資料嚴格建立的，從外觀上保證其準確性，其次再虛擬的環(huán)境中，我們的瀏覽是完全自由的、主動的，就像是真實的世界中一樣，可以行走、奔跑、飛翔；也可以超現(xiàn)實的進行景點的快速定位、察看，小到微小的細節(jié)、大到宏觀的鳥瞰，都可以瞬間完成，盡收眼底。我們可以用鼠標(biāo)真實的觸摸到模型，象現(xiàn)實中的一樣對其移動、轉(zhuǎn)動。

　　與傳統(tǒng)計算機相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個重要特征：臨境性，交互性，想象性。由于它生成的視覺環(huán)境是立體的、音效是立體的，人機交互是和諧友好的，因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)一改人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀，計算機創(chuàng)造的環(huán)境將人們陶醉在流連忘返的工作環(huán)境之中。

　　由于虛擬現(xiàn)實這種技術(shù) “身臨其境”的沉浸感；友好親切的人機交互性；發(fā)人想像的刺激性。所以,在西方國家,這種技術(shù)早已應(yīng)用在很多領(lǐng)域,比如:虛擬現(xiàn)實技術(shù)一經(jīng)應(yīng)用，就向人們展示了誘人的前景，因而首先受到各國軍界的青睞。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。即通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、二是進行單兵模擬訓(xùn)練。讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，如美空軍用虛擬現(xiàn)實技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí)，建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，“調(diào)兵遣將”、“斗智斗勇”，實施“真實的”對抗演習(xí)。四是進行指揮員訓(xùn)練。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)偵察情報資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。

　　作為一門先進的人機交流技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)同時逐步流行于世界范圍內(nèi)的各個領(lǐng)域，如虛擬現(xiàn)實建筑物的展示與參觀，虛擬現(xiàn)實手術(shù)培訓(xùn)，虛擬現(xiàn)實游戲，虛擬現(xiàn)實影視藝術(shù),建筑設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如建筑設(shè)計師可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)向客戶提供三維虛擬模型.

　　二.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用

　　由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)同時需要處理大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這種形勢需要很高的計算機性能作為后臺支持，但隨著近些年來計算機軟硬件技術(shù)的提高，一些原有的技術(shù)瓶頸得到了解決，使虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用達到了前所未有的發(fā)展.在我國,許多學(xué)院和機構(gòu)也一直在從事這方面的研究與應(yīng)用.

　　天津傳承傳播影視多媒體公司,就是站在虛擬現(xiàn)實技術(shù)前沿隊伍中的一員.作為國內(nèi)較早,天津唯一一家開展虛擬現(xiàn)實項目研發(fā)的公司,傳承的技術(shù)涵蓋了“程序結(jié)構(gòu)設(shè)計”、“ui設(shè)計”、“三維動畫的制作”，“多媒體編程”，“falsh制作”多媒體項目制作各個方面的技術(shù)。公司的多媒體制作中心由多名專業(yè)設(shè)計師組成，技術(shù)人員搭配齊全，經(jīng)驗豐富，在確保虛擬現(xiàn)實多媒體產(chǎn)品基本功能的強大與穩(wěn)定之外，能夠?qū)⑺囆g(shù)與技術(shù)進行一個完美的結(jié)合，使受眾在感受強大技術(shù)所帶來的便捷與完美的同時得到進一步的藝術(shù)享受。目前已經(jīng)完成的多媒體虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品包括：虛擬售樓系統(tǒng)，小區(qū)電子沙盤演示系統(tǒng)，機械仿真系統(tǒng)，家電以汽車銷售演示系統(tǒng)，等四大類，十多個類型。

　　三.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高速公路和橋梁建設(shè)方面的應(yīng)用：

　　在高速公路與橋梁建設(shè)的虛擬現(xiàn)實演示方面,傳承傳播也做了有益的嘗試:傳承用虛擬現(xiàn)實技術(shù)做了一段高速公路及立交橋的仿真模擬，這樣便解決了空間與瀏覽方式上的限制。

　　京滬高速公路,是我國第一條國道主干線,同時又是我國高速度公路網(wǎng)建設(shè)“兩縱兩橫三個重要路段”戰(zhàn)略中的最重要的一條。作為交通部和天津市重點項目的京滬高速二期工程,是京滬高速全線貫通的最關(guān)鍵的一段。線路全長55.406公里,它的實施和完善對于天津乃至中國的交通網(wǎng)建設(shè)，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著極其深遠和重大的意義。全線除了道路以外，主要有大型結(jié)構(gòu)物46處，其中特大橋2座。大橋5座，分離式立交1座，中小橋33座，匝道收費站3座，服務(wù)區(qū)1處。

　　從虛擬現(xiàn)實演示的角度審視，這一項目具有空間跨度大，覆蓋信息量大，所需靈活度高這幾大特點，在表現(xiàn)手段上有相當(dāng)?shù)碾y度。

　　京滬二期高速項目的特點是道路的寬度相對于長度而言比較狹窄，利用傳統(tǒng)的圖形圖像表現(xiàn)形式難以表達出該工程的各項技術(shù)細節(jié)，特別是演示空間上的限制，與瀏覽方式的限制都是我們在展現(xiàn)此工程全貌上所遇到的難題。

　　如何將這個項目的全貌表現(xiàn)出來，最適合的表現(xiàn)形式是什么？

　　經(jīng)過反復(fù)研究,得出這樣的結(jié)論：最終的解決方案是——創(chuàng)建一個以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心的多媒體演示系統(tǒng)。

　　在此項目中，采用了以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心的演示方式，并由后臺置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫信息，便于受眾對各項技術(shù)指標(biāo)進行實時的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹,標(biāo)段概況,技術(shù)數(shù)據(jù),截面等,電子地圖,聲音、圖像、動畫，并與核心的虛擬技術(shù)產(chǎn)生交互，從而實現(xiàn)演示場景中的導(dǎo)航、定位與背景信息介紹等諸多實用、便捷的功能。

　　四、應(yīng)用方案的實施

　　京滬高速二期工程(天津段)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其效果：

　　1.界面設(shè)計:采用多媒體的設(shè)計風(fēng)格來表現(xiàn)該項目，在設(shè)計風(fēng)格上貫徹——穩(wěn)重、大方、統(tǒng)一、實用這幾個原則。首先從畫面設(shè)計上會體現(xiàn)出我“京滬高速二期工程”的總體設(shè)計風(fēng)貌；其次，確保在應(yīng)用時易于上手，簡便快捷地進行操作。

　　2.系統(tǒng)主程序構(gòu)建以多媒體構(gòu)建軟件為主體的設(shè)計平臺，利用通用的數(shù)據(jù)庫接口與后臺相關(guān)的項目數(shù)據(jù)進行連接并預(yù)留動態(tài)的修改接口。主體的程序設(shè)計需要將包括虛擬現(xiàn)實部分在內(nèi)的動畫、視頻、圖像、文字等多種媒體形式穩(wěn)固的整合在一起。保證運行時的穩(wěn)定性，并無需安裝、操作簡便，支持通用的windows操作系統(tǒng)。

　　3. 主要部分劃分為：項目介紹、電子地圖、項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、虛擬公路、工程標(biāo)段信息以及其他的相關(guān)資訊等。

　�。�1） 項目介紹： 對于已達成的構(gòu)建虛擬現(xiàn)實技術(shù)演示系統(tǒng)的方案，在系統(tǒng)演示之前附加一段項目宣傳介紹十分重要。它通過語言和部分動畫，對該項目開發(fā)其背景以及社會意義做概括介紹。該短片的主要內(nèi)容來自于虛擬道路中的部分動態(tài)和靜態(tài)的畫面。同時包括部分電子地圖和實際拍攝的內(nèi)容。是多媒體虛擬現(xiàn)實演示之前的一個獨立部分，它也可以單獨成篇，用于各種場合（如項目成果評審會、申報新技術(shù)及新工藝成果,匯報演示）的項目介紹。

　　（2） 全景電子地圖： 將京滬二期工程涉及的地區(qū)制作一個可以橫移縮放的地圖，使用鼠標(biāo)可以拖拽畫面，既可以看到全部的景色，也可以看到部分的局部建設(shè)場景，對于關(guān)鍵的部分可以采用交互的方法進行表現(xiàn)。這一部分既可以作為項目的總體布局統(tǒng)覽，也可以配合虛擬現(xiàn)實場景進行快速的瀏覽定位。在具體操作上該界面可以直接進入虛擬道路的某一個路段，也可以看到重點工程的細部，從而進入虛擬演示的關(guān)鍵景觀或者重點項目模塊。

　�。�3）項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫： 項目數(shù)據(jù)庫作為整個多媒體項目的一個重要組成部分在設(shè)計與制作上都具有一定的獨立性。我們將利用通用的windows系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)庫接口將多媒體系統(tǒng)中所出現(xiàn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)餅圖等動態(tài)信息與后臺數(shù)據(jù)庫相連接，使我們可以時實的對整個工程項目在進度與運作上進行總體把控。由于項目本身所具有的特點，會使總體的數(shù)據(jù)量十分龐大，對于同一組數(shù)據(jù)我們可能會有不同的分類方式與統(tǒng)計方式，這就需要我們在提供一個穩(wěn)定的，獨立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的同時也提供一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢與修改的接口界面。

　　此外，數(shù)據(jù)的安全性也是開發(fā)這套系統(tǒng)所需要考慮的一個方面，我們將提供相應(yīng)的安全保障體系，如密碼登錄，數(shù)據(jù)備份等必要的安保功能，以確保整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　�。�4） 虛擬公路：

　　這部分是多媒體演示的主體，將二期項目的全程進行詳細的介紹。包括道路、橋梁、收費站、服務(wù)區(qū)以及沿途的部分景觀,大到整個收費站,小到一個道釘(波形梁,反光伴,邊坡,路牌等完全真實再現(xiàn))同時配有各標(biāo)段的地形資料和數(shù)據(jù)。

　　主要通過兩種瀏覽模式分別表現(xiàn)駕駛（駕駛模式）和飛行(鳥瞰模式)狀態(tài)下的公路橋梁，在這部分中，瀏覽者既可以沿著汽車的路線看完全程，也能通過飛行（鳥瞰）的效果快速的走完全程。這對于真實的表現(xiàn)高速公路是一個非常有效的手段。

　　在瀏覽的過程當(dāng)中，我們可以通過點擊路邊的項目標(biāo)識牌調(diào)出有關(guān)于該路段的設(shè)計信息。此外配合整個系統(tǒng)中的電子地圖功能，對虛擬場景進行瀏覽的快速定位操作——也就是瀏覽中的定位模式。按照用戶的具體要求，我們可以設(shè)置多條相對固定的瀏覽路線，無需操作，自動播放（定鏡頭順序播放功能）。

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是此項目的核心內(nèi)容，所以在具體的構(gòu)建過程當(dāng)中涉及到以下幾個方面的工作：

　　* 場景中所涉及的模型制作，包括道路、橋梁、收費站、服務(wù)區(qū)以及周邊的輔助設(shè)施。

　　* 模型的著色及渲染。

　　* 總體環(huán)境的氣氛營造，包括建筑布景、天氣模擬等。

　�。�5）重點工程介紹：使用比較精細的模型和真實的光影來表現(xiàn)這些項目，如橋、收費站、服務(wù)區(qū)等全部單獨制作出來同時給予更多的咨訊。總體項目實施安排：工程進度表、沿時間線進行的項目及其施工工藝，工程施工的動畫。

　　五.虛擬現(xiàn)實技術(shù)表現(xiàn)手段與其它形式的比較：

　�。�1）與傳統(tǒng)沙盤的比較：

　　傳統(tǒng)沙盤最大的缺點在于其空間的限制性太大，不足以體現(xiàn)出整個項目的設(shè)計細節(jié)，同時將其它的媒體信息加蓋其中亦存在著許多困難，導(dǎo)致信息量嚴重匱乏，而虛擬現(xiàn)實為我們提供了一個無限的虛擬空間，近乎完美的解決了這個問題。同時，他也可以與其它媒體刑是無縫結(jié)合，輔以強大的數(shù)據(jù)庫功能，所傳遞的信息量巨大。

　�。�2）與傳統(tǒng)效果圖畫的比較：

　　靜止的效果圖只能向觀者展示項目的某一個或某幾個方面，對觀者提出的其他問題與要求必須以相近的圖像或文字加以說明，運作起來不直觀、不全面，具有相當(dāng)大的局限性。而以虛擬現(xiàn)

　　實技術(shù)為核心的多媒體介紹程序，不需要觀看者發(fā)揮任何的想象力，以空前直觀的方式將項目展現(xiàn)給觀眾。在虛擬的世界中，我們可以任意角度，任意比例的觀看我們所感興趣的內(nèi)容，絲毫沒有束縛之感。

　�。�3）與傳統(tǒng)三維動畫的比較：

　　動畫演示在一定程度上彌補了靜止畫面的不足之處，聲音與動畫同步播放，生動細致。但是嚴格意義上講，這種瀏覽演示方式只是用于地產(chǎn)演示項目，或其它類似的只是為了表現(xiàn)視頻效果的項目，而對于典型的工程項目則缺少應(yīng)有的嚴謹性、靈活性與客觀性。動畫在播放的過程當(dāng)中，觀者只是一直在被動的觀看，接受一些有關(guān)于項目的信息，并不能按照自己的意愿去觀看、查閱、檢索相關(guān)信息，而虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式中所存在的問題。我們可以虛擬空間中的任意地點、任意時間進行觀察，地點與時間都是無限的。

　　六.結(jié)尾

　　虛擬現(xiàn)實的吸引力，在于它的高技術(shù)，它能提高我們的工作效率或幫助我們?nèi)ネ瓿梢郧白霾坏降氖虑椋凰�的藝術(shù)魅力也是不可忽視的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷史，也可以說是一個信息環(huán)境多維化的歷史。創(chuàng)建多維信息環(huán)境、突破數(shù)字及文字的單維表現(xiàn)力的局限，這是人類的共同追求，也是全世界的科技工作者代代相繼的奮斗目標(biāo)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是人們世世代代所追求的人機和諧的信息處理環(huán)境的繼續(xù)。只有在計算機及其它科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達的今天，這樣的信息處理環(huán)境才能夠被實現(xiàn)。