虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市設(shè)計中的應(yīng)用

　　2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)集成。無論是GIS還是VR，當(dāng)前國內(nèi)外均有多種商業(yè)軟件可供選用。美國ESRI的ArcGIS是世界上最先進的地理信息系統(tǒng)，不過它的三維建模功能不強，且沒有實時虛擬動畫的功能。美國Multigen-Paradigm公司的Multigen-Vega是當(dāng)前虛擬現(xiàn)實的旗艦軟件，其強大的三維建模工具Creator和虛擬仿真引擎Vega有機結(jié)合能很好地滿足虛擬城市實時動畫要求，不過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)有了一個綜合兩個方面的優(yōu)勢來解決城市設(shè)計技術(shù)問題的方案。這就是ESRI公司委托Multigen-Paradigm公司開發(fā)了一個ArcGIS擴展模塊SiteBiulder，該模塊使得ArcGIS具備了實時動畫功能并且能接受Multigen的三維模型。于是我們就有了一個基于GIS與VR的應(yīng)用于城市設(shè)計的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng).

　　2.2系統(tǒng)應(yīng)用步驟。該系統(tǒng)的完整的應(yīng)用包括場景的規(guī)劃設(shè)計、單體的建筑設(shè)計、三維建模并貼圖、實時虛擬動畫幾部分內(nèi)容

　　2.2.1城市規(guī)劃設(shè)計。無論是新城區(qū)的開發(fā)還是老城區(qū)的改建均要先確定規(guī)劃設(shè)計目標(biāo)，提出社會、經(jīng)濟、環(huán)境方面的要求。根據(jù)要求，進行自然條件、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)計方案。值得注意的是，以往規(guī)劃設(shè)計僅用CAD進行輔助設(shè)計。本系統(tǒng)強調(diào)應(yīng)用ArcGIS技術(shù)輔助規(guī)劃設(shè)計，原因有兩個方面。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(對象)才能被引入到SiteBiulder中進行實時動畫。圖5為應(yīng)用ArcGIS制作的湖南城市學(xué)院新校區(qū)地勢圖，圖6為新校園的一個規(guī)劃模型。

　　2.2.2建筑設(shè)計。在規(guī)劃布局的基礎(chǔ)上，進行建筑設(shè)計方案。各單體設(shè)計成果仍以平、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，在三維場景中具有相當(dāng)?shù)牧Ⅲw效果。如有必要，某些單體可設(shè)計出多個，供虛擬替代方案優(yōu)化所用。

　　2.2.3組織ArcGIS主題。在SiteBiulder三維場景中，各虛擬對象是以ArcGIS主題來組織并引入的。進入三維場景的主要是三維地形、道路、建筑、樹木、鋪地和草地。主題中的特征并不要表現(xiàn)對象的具體幾何形狀，而只要確定各對象的具體位置。例如用點主題表示建筑布局，每棟建筑物僅需要一個點來表示，每個點代表的建筑物的模型被存放在數(shù)據(jù)庫中，完全相同的建筑物如住宅只須保存一個實例就行了。只要建立起點對象與建筑實例的關(guān)聯(lián)，則不同的建筑物模型都會被引入場景中。

　　2.2.4創(chuàng)建三維模型。本虛擬系統(tǒng)采用MultiGen公司的Creator作為三維場景建模工具，它的Open-Flight采用樹狀層次結(jié)構(gòu)來組織管理場景數(shù)據(jù)。城市設(shè)計所涉及的場地中的模型包括天空、地面、單體建筑、構(gòu)造物、樹木、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)場景中每個實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。我們要在幾何真實與紋理真實之間取得某種協(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)建虛擬動畫場景。起動ArcGIS及其擴展模塊SiteBiulder，將模型庫中的各模型實例與主題中的各特征建立起聯(lián)系，各虛擬對象將依各自的空間位置呈現(xiàn)在三維場景中。SiteBiul-der有一套自己的菜單和工具，完成實時動畫。