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

    計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、空間環(huán)境設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)了不斷深入的技術(shù)革命。首先是CAD技術(shù)使繪圖自動(dòng)化得以普及，隨后，三維效果圖與動(dòng)畫在詳細(xì)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)中得到推廣應(yīng)用。最近幾年，地理信息系統(tǒng)（GIS）與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在城市規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)中發(fā)展起來(lái)。 

　　1 城市設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及其對(duì)計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)的要求 

　　城市設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要地說(shuō)就是為人們?cè)O(shè)計(jì)聚居地的一種藝術(shù)，它是城市規(guī)劃的重要組成部分。城市設(shè)計(jì)所關(guān)心的是建筑實(shí)體的視覺效果；人與場(chǎng)所的連接性；活動(dòng)空間與舒適環(huán)境的創(chuàng)造；整個(gè)城市景觀改善的進(jìn)程。城市設(shè)計(jì)要為建筑物實(shí)體及其空間布局，為建筑形式構(gòu)圖及其與周圍空間的三維關(guān)系，為獲得美學(xué)與社會(huì)質(zhì)量成就進(jìn)行視景布置建立整體框架。 

　　1.1城市設(shè)計(jì)內(nèi)容的層次性。城市設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容分為宏觀、中觀、微觀三個(gè)層次。 

　　宏觀層次：城鎮(zhèn)分布與城市形象。城市設(shè)計(jì)的宏觀層次包括在一定區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)分布；城鄉(xiāng)一體化規(guī)劃與景觀設(shè)計(jì)；城市的格局與形態(tài)、功能組團(tuán)、環(huán)境保護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)施、分區(qū)特色與舒適的環(huán)境、城市出入口、土地利用與活動(dòng)場(chǎng)所等。城市設(shè)計(jì)的宏觀層次內(nèi)容與城鎮(zhèn)體系規(guī)劃相輔相成，不過城市設(shè)計(jì)更注重于城市的關(guān)鍵性特征與自然景觀的構(gòu)成；注重城市開發(fā)建設(shè)對(duì)自然景觀、文化或社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源的物質(zhì)的和視覺質(zhì)量的直接和間接影響。在對(duì)宏觀層次的城市設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，創(chuàng)造高質(zhì)量的城市環(huán)境和優(yōu)美的城鄉(xiāng)視野成為重要準(zhǔn)則。包括對(duì)自然山水景觀的組織與利用，視覺特征物的適宜性和可視性，整體高度輪廓和體量的協(xié)調(diào)性，與傳統(tǒng)景觀的協(xié)調(diào)性等等。為應(yīng)用ArcGIS對(duì)炎陵縣的自然地理、人口分布、交通條件等進(jìn)行綜合分析作出的城鎮(zhèn)布局。為應(yīng)用ArcGIS對(duì)炎陵縣重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)的用地空間發(fā)展所作的規(guī)劃。規(guī)劃在宏觀上充分考慮了炎陵縣作為人文與生態(tài)旅游縣的自然環(huán)境特色。 

　　中觀層次：建筑物與空間。中觀層次城市設(shè)計(jì)內(nèi)容包括用地布局、建筑設(shè)計(jì)、交叉口與廣場(chǎng)、街道和路網(wǎng)格局、視線走廊、連接度與整體性、體量與高度、地標(biāo)物、開敞空間和公園、人行道與步行系統(tǒng)的連接等等內(nèi)容。中觀層次城市設(shè)計(jì)內(nèi)容與城市總體或分區(qū)規(guī)劃相輔相成，不過城市設(shè)計(jì)主要關(guān)注開發(fā)建設(shè)對(duì)自然景觀的物質(zhì)和視覺質(zhì)量的直接和間接影響；人工建造物的適宜性和視角的關(guān)系；對(duì)光和空氣的穿透性影響；與步行道格局的協(xié)調(diào)性；與城市整體立面輪廓和體量的協(xié)調(diào)性；與地方傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)和對(duì)周圍環(huán)境的影響等等。圖3為應(yīng)用ArcGIS對(duì)炎陵縣城現(xiàn)狀所作的全景鳥瞰。 

　　微觀層次：使用者環(huán)境。微觀層次的城市設(shè)計(jì)內(nèi)容包括建筑物的人的尺度、街道陳設(shè)、材質(zhì)顏色和紋理、過渡的處理、廣告和標(biāo)志、街道景觀等。微觀層次的城市設(shè)計(jì)與詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)相輔相成。在對(duì)微觀層次城市設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，自然方面主要關(guān)注功能上的適宜性。人造方面關(guān)注街道結(jié)構(gòu)和功能的適宜性，創(chuàng)造好的步行環(huán)境，人的尺度和生活質(zhì)量的提高，空間的創(chuàng)造等。圖4為某中學(xué)新校園的大門，通過三維建模貼圖生成。 

　　1.2城市設(shè)計(jì)對(duì)信息技術(shù)的要求 

　　從城市設(shè)計(jì)各層次的內(nèi)容及評(píng)價(jià)原則來(lái)看，人與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)，恰當(dāng)?shù)目臻g組織，悅目的視覺效果均是共同的追求。以往城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)由于受到技術(shù)手段的限制，規(guī)劃師和建筑師主要是通過二維圖形加空間想象來(lái)構(gòu)思和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案，僅在進(jìn)行建筑單體設(shè)計(jì)或很小的群體設(shè)計(jì)中才應(yīng)用三維效果圖，或固定路徑的動(dòng)畫來(lái)模擬建成后的空間關(guān)系和視覺效果。眾所周知，傳統(tǒng)的效果渲染需要耗費(fèi)大量時(shí)間和占用大量計(jì)算機(jī)內(nèi)存。因此多方案的交互式設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)動(dòng)畫根本不可能進(jìn)行。 

    城市設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)視景仿真需要解決幾個(gè)方面的問題。其一，處理數(shù)字高程模型，生成并修改三維地形，進(jìn)行坡度、坡向、高程、填挖、淹沒、視線視域分析。其二，進(jìn)行建筑密度、容積率、可達(dá)性、緩沖、選址可行性分析，用以評(píng)價(jià)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效果。以上兩項(xiàng)是GIS的典型功能。其三，大面積多單體的快速三維建模，包括建筑物、構(gòu)筑物、城市家俱、廣告牌、樹木、車輛、人物等。一般GIS只有二維拉伸功能，稱為2.5維，不是真三維。而流行的3Dmax三維建模不勝任大量對(duì)象建模與實(shí)時(shí)瀏覽任務(wù)。其四，實(shí)時(shí)虛擬。要能快速地重繪畫面，包括對(duì)場(chǎng)景對(duì)象、天光背景、動(dòng)畫路徑、視點(diǎn)視角等的改變均能立即作出反應(yīng)。從理論上說(shuō)，以上四大問題可以在一個(gè)GIS平臺(tái)或統(tǒng)一的VR系統(tǒng)中得到解決，不過目前這種平臺(tái)還處在研發(fā)之中，但是我們可以借助GIS與VR綜合集成來(lái)解決問題。